C++初阶——类与对象（上篇）

一、写在前面

        类与对象是C++不同于C语言的一个板块，内容很多，笔者把这部分分为三篇博客来讲解，希望能够帮助各位读者更容易地理解这些知识点。弄清楚这一部分之后，C++就算是成功入门了。

二、面向过程和面向对象

        C语言就是典型的面向过程语言，关注的是过程，分析问题的求解步骤，通过函数调用逐步解决问题。

        面向对象的编程，主要关注对象，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成。

        对象可以用来模拟世界上任何一个实体，比如一个人，一辆汽车或者一个银行账户。以人来做例子，世界上有很多人，虽然世界上没有两个人是完全相同的，但是所有人之间都有一写共同的属性，比如名字、性别、身高等。在编程的时候，将这些共性抽取出来，定义为一个模板。为这个模板定义一个名字——类，它定义了一组具有相同属性（成员变量）和方法（成员函数）的对象，描述对象的共同特征和行为。

三、类

3.1类的定义

        与C语言中存在的结构体不同，在类中，不仅可以定义变量，还可以定义函数。在C++中，使用class作为定义一个类的关键字。

class className
{
    class body;//由成员变量和成员函数组成。
};

        class作为定义类的关键字，className为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束后存在一个不可省略的分号。 类体中的内容称为类的成员，类中的变量称为类的属性或者成员变量；类中函数被称为类的方法或者成员函数。

3.2类函数的定义方式

1. 成员函数的声明和定义全部放在类体中，需要注意的是，这种写法会导致编译器将成员函数当作内联函数处理。
2. 类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中。注意：成员函数名前需要加类名::。

一般情况下，在学习的过程中采用第一种方式即可，在以后的项目或者工作中应该用第二种定义方式。

        另外，还有一则定义成员变量的小Tips。

class Date
{
public:
    void Init(int day)
    {
        day = day;
    }
private:
    int day;
    int month;
    int year;
};

        能分清谁是形参，谁是真正的成员变量吗？所以，为成员变量取名字的时候，应该给它加上一个前缀或者后缀，以便区分。比如：

class Date
{
public:
    void Init(int day)
    {
        ——day = day;
    }
private:
    int _day;
    int _month;
    int _year;
};

3.3类的访问限定符及封装

         面向对象有三大特性：封装、继承、多态。封装的核心概念是将数据（属性）和操作这些数据的方法（行为）捆绑在一起，并对外部隐藏对象的内部实现细节，只开放公共接口以供调用。封装本质上是一种管理，让用户更方便使用类。

        C++实现封装的方式是：用类将对象的属性和方法结合在一块，让对象更加完善，通过访问权限，选择性的将接口提供给外部的用户使用。访问限定符允许开发者隐藏类的内部实现细节。通过限制对类成员的访问，可以防止外部代码直接修改对象的内部状态，从而保护对象的完整性。

        C++有三种访问限定符：public（共有）、protected（保护）、private（私有）。对它们有如下说明：

1. public：修饰的成员在类外可以直接被访问，公开的类也可以被任何其他类访问和实例化。
2. private：私有的类成员只能在定义它们的类内部被访问，私有的类不能被外部类访问，它们通常用于实现类的内部逻辑。
3. public：受保护的类成员可以被定义它们的类以及所有子类（继承该类的类）访问。
4. 访问权限作用域为：从该访问运算符开始直到下一个访问限定符出现为止。
5. 如果后面没有访问限定符，作用域就到类结束。
6. class的默认访问权限为private，struct为public。

3.4类的作用域

        类定义是一个新的作用域，类的所有成员都在类的作用域中。在类体外定义成员时，需要使用作用域解析运算符::。

#include
using namespace std;

class my_Class
{
private:
    int _age;
    int _sex;
public:
    void print();
    my_Class()
    {
        _age = _sex = 1;
    }
};

void my_Class::print()//需要指定print属于my_Class这个类
{
    cout << _age << " " << _sex << endl;
}
int main()
{
    my_Class d;
    d.print();
    return 0;
}

3.5类的实例化 

        前面说到，类是一群某些属性和方法相同的对象的抽象，是一个模板，将这个模板特殊化，用它来创建对象的过程被称为类的实例化。

1. 类是对对象进行描述的，是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员，定义出一个类并没有分配实际的内存空间来存储它。
2. 一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象，占用实际的物理空间，存储类成员变量。

class my_class
{
    int _a;
    int _b;
};

int main()
{
    class d;
    d._a = 1;
    d._b = 1;
    return 0;
}

3.6类对象模型 

        一个类中，既有成员变量，又有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么？怎么计算一个类的大小？

        实际上，计算机只保存成员变量，而成员函数存放在公共的代码段。所以一个类的大小，实际就是该类中的成员变量之和。当然，在类中也存在着内存对齐的问题。你还记得什么是内存对齐吗？

四、this指针

#include
using namespace std;

class my_Class
{
private:
    int _age;
    int _sex;
public:
    void print();
    void my_Class_Init(int age, int sex)
    {
        _age = age;
        _sex = sex;
    }
};

void my_Class::print()
{
    cout << _age << " " << _sex << endl;
}
int main()
{
    my_Class d1,d2;
    d1.my_Class_Init(1, 2);
    d2.my_Class_Init(2, 4);
    d1.print();
    d2.print();
    return 0;
}

          上面的代码中，笔者实例化了两个对象。函数体中，没有关于不同对象的区分，那如果两个不同的对象调用同一个函数，函数是怎么知道该设置d1对象还是d2对象呢？

        在这里，笔者想说的是，在计算机科学中是没有黑魔法的，计算机所有的东西都是人做出来的，别人能想到的，你也能想到，所有的东西，只是你现在不知道而已，只要你坚持下去，总有一天，你会把所有的细节都搞明白的。

        这个问题也是如此，计算机中没有什么是凭感觉的，C++的编译器给每个非静态的成员函数增加了一个隐藏的指针参数，让该指针指向当前对象（函数运行时调用该函数的对象），函数体中所有成员变量都是通过该指针去访问的。只不过所有的操作对用户都是透明的。在编写代码的时候，这一步只能由编译器帮我们完成。

        需要注意的是：

1. this指针的类型：类类型*const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
2. 只能在函数内部使用。
3. this指针本质上是成员函数的形参，当对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this形参。所以对象中不存储this指针。
4. this指针式成员函数第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器自动传递，不需要用户传递。