「C++」类和对象（1）

news2024/9/24 3:24:12

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本篇我们将学习部分C++中的类和对象相关知识沃~

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类的定义

类的定义及使用

访问限定符

类域

实例化

实例化概念：

对象大小：

内存对齐规则：

注意点：

this指针

结语

类的定义

类的定义及使用

class为类的关键字，后接类的名字，同命名空间一样使用{}来限定主体内容，且限定的范围也是一个域，但不同于命名空间，类的最后要加上分号结尾；
```
class hdmo
{
	//声明成员变量（属性）、函数（方法）等
	//...
	//...
};
```
类中的内容为类的成员：类中的变量称为类的属性或者成员变量；类中的函数称为类的方法或者成员函数。

类中的函数默认为inline内联函数，可以将函~数的定义和声明分开，使其成为普通函数，但需要在函数定义的地方加上函数所属的类域：

class hdmo
{
public://访问限定符
	int y = 10;
	void Fun(int x = 10);
};
void hdmo::Fun(int x)
{
	std::cout << (x + y) << std::endl;
}
int main()
{
	hdmo a;//不同于命名空间，要使用类里的函数，需要先创建一个类
	a.Fun();
	return 0;
}

在C++中struct也可以用于定义类，在升级了其功能的同时，也兼容C语言中的用法；即在C++中struct中也可以定义函数。
```
//C++中写法
struct ListNode
{
	int val;
	ListNode* next;
};
//C中写法
struct ListNode
{
	int val;
	struct ListNode* next;
};
```
在C语言中，由于struct仅为结构体的关键字，若要直接使用ListNode作为结构体类型，就必须借助typedef来重命名，但C++中，ListNode可以直接作为类的类型名，此处ListNode既可以说是一个类，也可以说是一个结构体。

访问限定符

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的将其接口提供给外部的用户使用

public关键字为公开，其修饰的成员在类的外部也可以直接被访问；protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问，两者暂时理解为相同的意思，即为私密的。
访问限定符的作用域是从当前限定符开始，直到下一个限定符之前，若类中没有下一个访问限定符，则直接作用到‘ } ’类结束。
class修饰的类，在没有使用访问限定符前默认的访问权限为private，而struct修饰的类，默认为public。

类域

类实际上也是定义了一个全新的作用域。类的所有成员都在类的作用域中，在类外部使用时都需要::来指名其所属的域，这和namespace命名空间有着一定的相似处。

当不指名成员所属的域时，默认就只会在全局作用域和当前作用域查找，若查找不到将会报错。

实例化

实例化概念：

使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。

类和结构体类似，在没有创建实体之前是不能直接使用其中的成员的，类就好比一个模板，规定了类中有那些成员，但也仅仅是声明了而已，并没有为其分配空间，只有实际创建了一个对象，即实例化出对象后，才会分配空间
一个类可以实例化出多个对象，就如一个结构体类型可以创建多个结构体变量一样，类就好比蓝图，一个图纸可以创建多个实体对象。

#include <iostream>
using namespace std;
class hdmo
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _a << endl;
	}
	void Init(const int& x)
	{
		_a = x;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	//hdmo::Print();//错误使用,区别于命名空间中的函数
	hdmo h1;//创建实例h1
	h1.Init(30);
	h1.Print();

	hdmo h2;//创建实例h2
	h2.Init(20);
	h2.Print();
	return 0;
}

对象大小：

和结构体一样，类创建的实例对象中包含了各种成员，但类中还包含了成员函数；每个实例化对象，都有自己的成员变量，他们是分别独立的，但成员函数呢？

无论是哪一个对象，在调用函数时，其使用的成员函数都必定是一样的，那么这还有必要在每一个对象中都放一个相同的函数吗？显然，是没有必要的，而且这样还会产生空间的浪费，如果有100个对象，就会产生100个相同的成员函数，造成空间的大量浪费。

成员函数在存储时会放在一个公共的代码区域，这样就只需要存储一份。

成员变量就和结构体中的成员变量一样，通过内存对齐的方式存储在对象中，而C++中的内存对齐和C语言是一模一样的。

内存对齐规则：

第一个成员放在偏移量为0的地址处；
其他成员变量要对齐到自身对齐数的整数倍的地址处；
对齐数 = 编译器默认对齐数与成员变量类型大小取较小值；
VS环境下默认对齐数为8；
对象（结构体）总体大小：成员中最大对其数（若最大对齐数超过默认值，则取默认值）的整数倍；
若嵌套了其他类的对象，则嵌套的类对象的对齐数为自身成员中的最大对齐数（相当于将嵌套的对象中的成员展开后对齐）

注意点：

#include <iostream>
using namespace std;
class hdmo1
{};

class hdmo2
{
	void Print()
	{
		cout << "Printf" << endl;
	}
};

int main()
{
	hdmo1 h1;
	hdmo2 h2;
	cout << sizeof(h1) << endl;//1
	cout << sizeof(h2) << endl;//1
	return 0;
}

当类为空，或者只包含成员函数时，此时用该类创建对象，对象的大小为1字节，用于表示对象的存在。

this指针

当我们使用类时，我们知道类创建对象后，对象的成员变量和成员函数是分开存储的，只有成员变量存储在对象中，而成员函数存储在其他地方并且函数体中没有关于不同对象的区分，那么，我们每次用不同的对象去调用相同的函数时，函数是如何知道应该访问的是d1对象还是d2对象呢？

以上问题，其实是C++中隐含了一个this指针来解决的。

演示代码（图中注释为真实原型，详见下文）：

#include <iostream>
using namespace std;
class hdmo
{
public:
	//void Init(hdmo* const this,int year, int month, int day)
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		//this->_year = year;
		this->_month = month;
		this->_day = day;
	}
	//void Print(hdmo* const this)
	void Print()
	{
		cout << _year << "." << _month << "." << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	hdmo h1;
	//h1.Init(&h1, 2024, 7, 16);
	h1.Init(2024, 7, 16);
	//h1.Print(&h1);
	h1.Print();
	hdmo h2;
	h2.Init(2024, 7, 17);
	h2.Print();
}

在编译器编译后，类中的成员函数会默认在形参的第一个位置，添加一个当前类类型的指针，指针的名字为this；所以上述成员函数的真实原型为void
Init(hdmo* const this,int year, int month, int day)以及void
Print(hdmo* const this)

在调用类的成员函数时，每次调用编译器会自动将调用的对象地址传到函数，this就是用于接收指定对象的地址的，成员函数中使用的成员变量实际上也是通过this指针找到的，即Init的赋值语句真实原型为this->_year
= year;this->_month;this->_day = day;

C++中在日常使用时，规定this指针是由编译器编译时自动添加的，不能显示的写出来，但是在可以函数内部显示的使用this指针。