类和对象（上）

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文章目录

• 前言
• 一、类的定义
• • 1.1类定义格式
  • 1.2访问限定符
  • 1.3类域
• 二、实例化
• • 2.1实例化概念
  • 2.2对象大小
• 三、 this指针
• 总结

前言

在学完c语言后，对c++的入门基础也有了一定的了解，开始进入c++中类和对象的学习。

一、类的定义

1.1类定义格式

和c语言中结构体的定义类似，class为定义类的关键字，Date为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后面分号不能省略。

类体中内容称为类的成员；类中的变量称为类的属性或成员变量;类中的函数称为类的方法或者成员函数。

为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识，如成员变量前面或者后面加_或者m开头，注意C++中这个并不是强制的，只是⼀些惯例，具体看公司的要求。

C++中struct也可以定义类，C++兼容C中struct的用法，同时struct升级成了类，明显的变化是struct中可以定义函数，⼀般情况下我们还是推荐用class定义类。

定义在类面的成员函数默认为inline。

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(){}
private:
_year;
_month;
_day;
}

以上便是一个类的简单实现。

1.2访问限定符

上述的public private对于初学者一定十分陌生。这其实是两种访问限定符。访问限定符是C++⼀种实现封装的方式，用类将对象的属性与方法结合在⼀块，让对象更加完善，通过访问权限选择性地将其接口提供给外部的用户使用。

public修饰的成员在类外可以直接被访问；protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问，目前来看protected和private是⼀样的，以后继承章节才能体现出他们的区别。

访问权限作用域从该访问限定符出现的位置开始直到下一个访问限定符出现时为止，如果后面没有访问限定符，作用域就到}，即类结束。

class定义成员没有被访问限定符修饰时默认为private，struct默认为public。

⼀般成员变量都会被限制为private/protected，需要给别人使用的成员函数会放为public。

1.3类域

类定义了⼀个新的作用域，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：：作用域操作符指明成员属于哪个类域。

类域影响的是编译的查找规则，下⾯程序中Init如果不指定类域Stack，那么编译器就把Init当成全局函数，编译时，找不到array等成员的声明/定义在哪里，就会报错。指定类域Stack，就是知道Init是成员函数，当前域找不到的array等成员，就会到类域中去查找。

#include<iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public:
// 成员函数
void Init(int n = 4);
private:
// 成员变量
int* array;
size_t capacity;
size_t top;
};
// 声明和定义分离，需要指定类域
void Stack::Init(int n)
{
array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
if (nullptr == array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
capacity = n;
top = 0;
}
int main()
{
Stack st;
st.Init();
return 0;
}

值得注意的是，当类的成员函数声明与定义分离时，需要指定类域。

二、实例化

2.1实例化概念

用类类型在物理内存中创建对象的过程，称为类实例化出对象。

类是对象进行一种抽象描述，是⼀个模型⼀样的东西，限定了类有哪些成员变量，这些成员变量只是声明，没有分配空间，用类实例化出对象时，才会分配空间。

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。打个比方：类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，设计图规划了有多少个房间，房间大小功能等，但是并没有实体的建筑存在，也不能住人，用设计图修建出房子，房子才能住人。同样类就像设计图一样，不能存储数据，实例化出的对象才会分配物理内存存储数据。 代码演示如下：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
// 这⾥只是声明，没有开空间
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
// Date类实例化出对象d1和d2
Date d1;
Date d2;
d1.Init(2024, 3, 31);
d1.Print();
d2.Init(2024, 7, 5);
d2.Print();
return 0;
}

2.2对象大小

类实例化出的每个对象都有独立的空间，所以肯定包含成员变量，但重点是不包含成员函数。与c语言中结构体的大小计算规则相同，c++规定实例化的对象也要符合内存对齐的规则。

规则如下： 第⼀个成员在与结构体偏移量为0的地址处。

其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。

注意：对齐数=编译器默认的⼀个对齐数与该成员大小的较小值。

VS中默认的对齐数为8

结构体总大小为：最大对齐数（所有变量类型最大者与默认对齐参数取较小）的整数倍。

如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

#include<iostream>
using namespace std;
// 计算⼀下A/B/C实例化的对象是多⼤？
class A
{
public:
void Print()
{
cout << _ch << endl;
}
private:
char _ch;
int _i;
};
class B
{
public:
void Print()
{
//…
}
};
class C
{};
int main()
{
A a;
B b;
C c;
cout << sizeof(a) << endl;
cout << sizeof(b) << endl;
cout << sizeof(c) << endl;
return 0;
}

上面的程序运行后，我们看到没有成员变量的B和C类对象的大小是1，为什么没有成员变量还要给1个字节呢？因为如果⼀个字节都不给，怎么表示对象存在过呢！所以这⾥给1字节，纯粹是为了占位标识对象存在。

三、 this指针

Date类中有Init与Print两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用Init和Print函数时，该函数是如何知道应该访问的是d1对象还是d2对象呢？那么这里就要看到C++给了⼀个隐含的this指针解决这里的问题。

编译器编译后，类的成员函数默认都会在形参第⼀个位置，增加⼀个当前类类型的指针，叫做this指针。比如Date类的Init的真实原型为，void Init(Date* const this, int year, int month, int day)

类的成员函数中访问成员变量，本质都是通过this指针访问的，如Init函数中给_year赋值，this->_year = year

C++规定不能在实参和形参的位置显示地写this指针(编译时编译器会处理)，但是可以在函数体内显示使用this指针。

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
// void Init(Date* const this, int year, int month, int day)
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
this->_month = month;
this->_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
// 这⾥只是声明，没有开空间
int _year;
int _month;
int _day;
};

下面有两道类和对象基础比较有意思的选择题，一并记录下来。 1.下面程序的运行结果是（正常运行）

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
void Print()
{
cout << "A::Print()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->Print();
return 0;

编译时只看语法有没有出错，这里print()的地址没有存储在p指向的对象中，编译成汇编指令不会让程序运行时到p指向的对象中找，也就是没有通过p访问存储print()函数的那块空间（相当于没有对p解引用）。这里p只是告诉编译器print()是个类成员函数，并且作为隐含的this指针传给print()函数。

2.下列程序的运行结果是（运行崩溃）

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
void Print()
{
cout << "A::Print()" << endl;
cout << _a << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->Print();
return 0;
}

这里很明显在print()函数中出现了空指针解引用的问题，所以运行崩溃。

总结

类和对象（上）的部分就结束了，更多知识点将会整理在中、下当中。