文章目录
- 前言
- 一、C++类对象模型
- 1. 类对象的存储方式
- 2. 结构体内存对齐规则
- 二、this指针
- 1. this指针的引出
- 2. this指针的特性
- 3. C语言和C++实现Stack的对比
- 总结
前言
C++类对象模型、类对象的存储方式、this指针、this指针的引出、this指针的特性、C语言和C++实现Stack的对比等的介绍。
一、C++类对象模型
1. 类对象的存储方式
只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段
#include <iostream>
using namespace std;
// 类中包含成员变量和成员函数
class A1
{
public:
void f1() {};
private:
char _str;
int _a;
};
// 类中只含有成员函数
class A2
{
public:
void f2() {};
};
// 空类
class A3
{};
int main()
{
cout << sizeof(A1) << endl;
cout << sizeof(A2) << endl;
cout << sizeof(A3) << endl;
return 0;
}
结论：一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然要注意内存对齐
注意空类的大小，空类比较特殊，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类的对象。
2. 结构体内存对齐规则
- 第一个成员在与结构体变量的偏移量为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。
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 中默认的值为 8。
- 只有 VS 编译器有默认对齐数，其他编译器上的对齐数就是成员大小。 - 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）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。
二、this指针
1. this指针的引出
#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:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1, d2;
d1.Init(2024, 6, 17);
d2.Init(2022, 11, 11);
d1.Print(); // 2024 6 17
d2.Print(); // 2022 11 11
return 0;
}
- 有上述类对象的存储方式可知，成员函数是在公共区域中的，所以d1 和 d2 调用的是同一个函数。
- 但是打印出的结果是不同的，编译器是如何区分的呢？
C++中通过引入this指针解决该问题，即：C++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)，在函数体中所有“成员变量”的操作，都是通过该指针去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。
- 简单来说就是，每一个成员函数在调用时，编译器自动传入一个隐藏的this指针，该指针指向调用该函数的对象。函数中对成员变量的操作都是通过该this指针访问的。
- 调用函数的大致过程如上：
- 但是this是一个关键字，是编译器自动完成传参的，不能在形参和实参中显示传递。但是在函数内部可以直接使用。如下：
2. this指针的特性
- this指针的类型：类类型 const*，即成员函数中，不能给this指针赋值。
- 只能在“成员函数”的内部使用
- 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。 - this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传
递，不需要用户传递。
this 指针存放在哪里？
- this指针本质上是函数的形参，所以this指针存放在栈区中。
this 指针可以为空吗？
- this 指针可以为空。如下：
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
void Print()
{
cout << "Print()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->Print();
return 0;
}
- 如上述代码，p为空指针，在调用类A的成员函数时，传入了p，即此时隐藏的this为空指针。
- 上述代码能成功运行并打印的原因：
类对象的成员函数是存放在公共区域中的，不存在类内部。并且，成员函数内部并没有访问成员变量，因此没有对this解引用。所以，程序可以成功运行。
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
void Print()
{
cout << _a << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->Print();
return 0;
}
- 上述代码在调用函数时传入空指针，但成员函数存放在公共区域中，this空指针无影响。
- 但是 函数内部访问了成员变量，即对this指针进行解引用，所以会报错（空指针解引用，运行时错误）
3. C语言和C++实现Stack的对比
C语言实现Stack
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#define DEFAULT_CAPACITY 4
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
STDataType* a;
int size;
int capacity;
}Stack;
void StackInit(Stack* ps)
{
assert(ps);
ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * DEFAULT_CAPACITY);
if (ps->a == NULL)
{
perror("StackInit malloc");
return;
}
ps->size = 0;
ps->capacity = DEFAULT_CAPACITY;
}
void StackDestroy(Stack* ps)
{
assert(ps);
free(ps->a);
ps->a = NULL;
ps->size = 0;
ps->capacity = 0;
}
void StackCheckCapacity(Stack* ps)
{
if (ps->size == ps->capacity)
{
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * (ps->capacity) * 2);
if (tmp == NULL)
{
perror("StackCheckCapacity realloc");
return;
}
ps->a = tmp;
tmp = NULL;
ps->capacity *= 2;
}
}
void StackPush(Stack* ps, STDataType x)
{
assert(ps);
StackCheckCapacity(ps);
ps->a[ps->size] = x;
ps->size++;
}
bool StackEmpty(Stack* ps)
{
assert(ps);
return (ps->size == 0);
}
void StackPop(Stack* ps)
{
assert(ps && ps->size);
ps->size--;
}
STDataType StackTop(Stack* ps)
{
assert(ps && ps->size);
return (ps->a[ps->size - 1]);
}
int StackSize(Stack* ps)
{
assert(ps);
return ps->size;
}
int main()
{
Stack st;
StackInit(&st);
StackPush(&st, 1);
StackPush(&st, 2);
StackPush(&st, 3);
StackPush(&st, 4);
StackPush(&st, 5);
printf("%d\n", StackSize(&st));
while (!StackEmpty(&st))
{
printf("%d ", StackTop(&st));
StackPop(&st);
}
printf("\n");
printf("%d\n", StackSize(&st));
StackDestroy(&st);
return 0;
}
可以看到，在用C语言实现时，Stack相关操作函数有以下共性：
- 每个函数的第一个参数都是Stack*
- 函数中必须要对第一个参数检测，因为该参数可能会为NULL
- 函数中都是通过Stack*参数操作栈的
- 调用时必须传递Stack结构体变量的地址
结构体中只能定义存放数据的结构，操作数据的方法不能放在结构体中，即数据和操作数据
的方式是分离开的，而且实现上相当复杂一点，涉及到大量指针操作，稍不注意可能就会出
错。
C++实现Stack
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
public:
// 初始化栈
void Init(int capacity)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * capacity);
if (_a == nullptr)
{
perror("Init malloc");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
// 销毁栈
void Destroy()
{
free(_a);
_a = nullptr;
_size = 0;
_capacity = 0;
}
// 插入数据
void Push(STDataType x)
{
if (_size == _capacity)
{
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, sizeof(STDataType) * 2 * _capacity);
if (tmp == nullptr)
{
perror("Push realloc");
return;
}
_a = tmp;
_capacity *= 2;
}
_a[_size] = x;
_size++;
}
// 判断是否为空
bool Empty()
{
return (_size == 0);
}
// 出栈顶元素
void Pop()
{
assert(!Empty());
_size--;
}
// 获得栈顶元素
STDataType Top()
{
return _a[_size - 1];
}
// 获得栈的大小
int Size()
{
return _size;
}
private:
STDataType* _a;
int _size;
int _capacity;
}Stack;
int main()
{
Stack st;
st.Init(4);
st.Push(1);
st.Push(2);
st.Push(3);
st.Push(4);
st.Push(5);
cout << st.Top() << endl;
cout << st.Size() << endl;
while (!st.Empty())
{
cout << st.Top() << " ";
st.Pop();
}
cout << endl;
cout << st.Size() << endl;
st.Pop();
st.Destroy();
return 0;
}
C++中通过类可以将数据 以及 操作数据的方法进行完美结合，通过访问权限可以控制那些方法在
类外可以被调用，即封装，在使用时就像使用自己的成员一样，更符合人类对一件事物的认知。
而且每个方法不需要传递Stack*的参数了，编译器编译之后该参数会自动还原，即C++中 Stack *
参数是编译器维护的，C语言中需用用户自己维护。
总结
C++类对象模型、类对象的存储方式、this指针、this指针的引出、this指针的特性、C语言和C++实现Stack的对比等的介绍。
