二、类与对象（一）

news2024/11/27 7:31:12

1 面向过程和面向对象初步认识

C语言是面向过程的，关注的是过程，分析出求解问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题。以洗衣服为例，通常洗衣服会经历以下过程：

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而C++是基于面向对象的，关注的是对象，通过将一件事情拆分成不同的对象，并靠对象之间的交互来完成。同样以洗衣服为例，通常洗衣服会有以下对象参与：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

2 类的引入

在C语言的结构体中只能定义变量，而在C++中，结构体被升级为类，在其内部不仅可以定义变量，还可以定义函数。

比如：用C语言方式实现的栈，结构体中只能定义变量；而以C++方式实现会发现结构体中也可以定义函数。

#include <iostream>
using namespace std;
typedef int DataType;
struct Stack
{
	void Init(size_t capacity)
	{
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
		if (nullptr == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(const DataType& data)
	{
		// 扩容
		_array[_size] = data;
		++_size;
	}
	DataType Top()
	{
		return _array[_size - 1];
	}
	void Destroy()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = nullptr;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
	DataType* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};
int main()
{
	Stack s;
	s.Init(10);
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	cout << s.Top() << endl;
	s.Destroy();
	return 0;
}

3 类的定义

虽然C++可以用struct来定义类，但是C++中引入了新的关键字class来代替。

class ClassName
{
	// 类体：由成员函数和成员变量组成
};  // 一定要注意后面的分号

上面的例子中，ClassName为类的名字，{ }中为类的主体，注意类定义结束时后面的分号不能省略。

类体中的内容称为类的成员，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。

3.1 类的定义方式

  1. 声明和定义全部放在类体中。

注意：成员函数如果在类中定义，编译器可能会将其当成内联函数处理。

//声明和定义全部放在类体中
//人
class Person
{
public:
	//显示基本信息
	void showInfo()
	{
		cout << _name << " " << _sex << " " << _age << endl;
	}
public:
	char* _name;//姓名
	char* _sex;//性别
	char* _age;//年龄
};
  1. 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::。

//声明放在类的头文件person.h中
class Person
{
public:
	//显示基本信息
	void showInfo();
public:
	char* _name;//姓名
	char* _sex;//性别
	char* _age;//年龄
};

//定义放在类的实现文件person.cpp中
#include "person.h"
//显示基本信息实现
void Person::showInfo()
{
	cout << _name << " " << _sex << " " << _age << endl;
}

一般情况下，更推荐采用第二种方式。

3.2 类的成员变量命名规则的建议

首先我们来看一下下面这段代码：

class Date
{
public:
	void Init(int year)
	{
		// 这里的year到底是成员变量，还是函数形参？
		year = year;
	}
private:
	int year;
};

可以看到，如果不对类成员的命名进行一定的规范，会降低代码的可读性。

所以一般建议写成下面这样：

class Date
{
public:
	void Init(int year)
	{
		_year = year;
	}
private:
	int _year;
};
// 或者这样
class Date
{
public:
	void Init(int year)
	{
		mYear = year;
	}
private:
	int mYear;
};

实际上具体采用哪种方式并没有明确规定，主要看公司要求，一般都是加个前缀或者后缀标识区分就行。

4 类的访问限定符及封装

4.1 访问限定符

C++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。

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访问限定符说明：

  1. public修饰的成员在类外可以直接被访问。
  2. protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问（此处protected和private是类似的，后续再进行区分）。
  3. 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，那么作用域到}即类结束。
  4. 由于C++需要兼容C语言，所以C++中struct既可以当结构体也可以用来定义类，区别是struct定义的类默认访问权限是public，而class定义的类默认访问权限是private。除此之外，在继承和模板参数列表位置，struct和class也有区别，后续会进行介绍。

注意：访问限定符只在编译时有用，当数据映射到内存后，没有任何访问限定符上的区别。

4.2 封装

将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互的过程称为封装。

封装本质上是一种管理，让用户更方便地使用类。比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只有开机键、通过键盘输入，显示器、USB插孔等，用这些来让用户和计算机进行交互，完成日常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。

对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如何设计的等等。因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现的细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。 在C++语言中实现封装，可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合，通过访问权限来隐藏对象内部实现细节，控制哪些方法可以在类外部直接被使用。

5 类的作用域

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。

例：

class Person
{
public:
	void PrintPersonInfo();
private:
	char _name[20];
	char _gender[3];
	int  _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{
	cout << _name << " " << _gender << " " << _age << endl;
}

6 类的实例化

用类这个类型创建对象的过程，称为类的实例化。

由于类是对对象进行描述的，是一个像模型一样的东西，它限定了类有哪些成员，但是定义出一个类并没有分配实际的内存空间来存储它，所以需要将类实例化才能实际存储数据。类就好比是一张设计图，只描述设计对象的数据，但是并没有实体的建筑存在；而类实例化出的对象就是现实中使用设计图建造出的房子。

例：

#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	//显示基本信息
	void showInfo()
	{
		cout << _name << " " << _sex << " " << _age << endl;
	}
public:
	const char* _name;//姓名
	const char* _sex;//性别
	int _age;//年龄
};
int main()
{
  	//错误的实例化
	Person._age = 100;// 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”
    //正确的实例化
    Person man;
	man._name = "jack";
	man._age = 10;
	man._sex = "男";
	return 0;
}

7 类的大小

虽然类中既可以有成员变量，又可以有成员函数，但是在计算类的大小时实际上只计算了成员变量的大小，且计算的方式和计算结构体大小一样遵循内存对齐规则。因为虽然每个对象中成员变量是不同的，但是会调用同一个函数，如果成员函数的大小也要被计算的话，就相当于一个类创建多个对象时，每个对象中都会留下一片空间给成员函数，而同样的内容保存多次，显然浪费了空间，所以在C++中将成员函数放在公共的代码段。

在这里我们再来复习一下内存对齐的规则：

  1. 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。

  2. 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。

  3. 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的较小值）的整数倍。

  4. 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，结构体整体的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。

我们可以通过对下面的不同对象分别获取大小来进行观察：

#include <iostream>
using namespace std;
//类中既有成员变量，又有成员函数
class A1 {
public:
    void f1() {}
private:
    int _a;
};
//类中仅有成员
class A2 {
private:
    int _a;
};
//类中仅有成员函数
class A3 {
public:
    void f2() {}
};
//类中什么都没有——空类
class A4
{

};
int main()
{
    cout << sizeof(A1) << endl;
    cout << sizeof(A2) << endl;
    cout << sizeof(A3) << endl;
    cout << sizeof(A4) << endl;
    return 0;
}

输出结果：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

从输出结果可以看到，当类中仅有成员函数时，这个类的大小只占一个字节。

除此之外，编译器也给了空类一个字节来唯一标识这个类的对象。

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