C++ 万物起源：类与对象（一）

news2024/12/22 18:28:51

一、C++与C语言的区别

1.1类的引入

二、C++类

2.1类的概念与定义

2.2类的访问限定符与封装

2.2.1C++中struct和class的区别

2.3封装

2.4类的作用域与实例化

三、类对象模型

3.1类对象的存储模式

3.2结构体内存对齐规则

一、C++与C语言的区别

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。

C++是基于面向对象的，关注的是对象，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成。

1.1类的引入

C语言结构体中只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。比如：之前在数据结构初阶中，用C语言方式实现的栈，结构体中只能定义变量；现在以C++方式实现，会发现struct中也可以定义函数。

二、C++类

2.1类的概念与定义

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

class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。

类的两种定义方式：

1. 声明和定义全部放在类体中，需注意：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。

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，更期望采用第二种方式。

成员变量命名规则的建议：

// 我们看看这个函数，是不是很僵硬？
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;
};

一般情况下习惯用以下的命名方式：

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

2.2类的访问限定符与封装

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的将其接口提供给外部的用户使用。

【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)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。

4. 如果后面没有访问限定符，作用域就到}即类结束。

5. class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)。

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

2.2.1C++中struct和class的区别

解答：C++需要兼容C语言，所以C++中struct可以当成结构体使用。另外C++中struct还可以用来定义类。和class定义类是一样的，区别是struct定义的类默认访问权限是public，class定义的类默认访问权限是private。

2.3封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，封装本质上是一种管理，让用户更方便使用类。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关机键、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，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。

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。

2.4类的作用域与实例化

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。

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;
}

用类类型创建对象的过程，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；比如：入学时填写的学生信息表，表格就可以看成是一个类，来描述具体学生信息。

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。

int main()
{
    Person._age = 100;   // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”    
    return 0;
}

Person类是没有空间的，只有Person类实例化出的对象才有具体的年龄。

3. 做个比方。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，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间。

三、类对象模型

3.1类对象的存储模式

类成员变量存储在实例化对象中
类成员函数存储在公共的代码段

class A1 {
public:
	void f1() {}
private:
	int _a;
};
// 类中仅有成员函数
class A2 {
public:
	void f2() {}
};
// 类中什么都没有---空类
class A3
{};

int main()
{

	int a = sizeof(A1);
	cout << a<<endl;
	a = sizeof(A2);
	cout << a<<endl;
	a = sizeof(A3);
	cout << a<<endl;

	return 0;
}

通过以上代码我们可以对类对象的存储做出初步的推测