【c++】类和对象（上）（类的定义格式、访问限定符、类域、类的实例化、对象的内存大小、this指针）

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前言

c++是一种支持面向对象编程（OOP）的语言，而在面向对象编程当中，类和对象是核心概念，理解类和对象是学习面向对象编程的基石。面向对象编程是一种编程范式，它使用“类”来定义对象的属性和方法，完成对软件的设计。掌握类和对象的概念及其相互关系，对于深入理解并有效应用面向对象编程至关重要。

一、类的概念及定义

类的本质是一种自定义类型，是定义对象模板的蓝图或者结构。它制定了对象可以包含的数据以及该对象可以执行的操作。在某种程度上，c++中的类可以认为是c语言结构体的升级版，不仅可以在其中定义成员变量，也可以定义成员函数，用于对成员变量进行访问或操作。

1. 类的定义格式

接下来我们尝试定义一个类：

class MyClass
{
	void fun1()
	{
		//...
	}
	void fun2()
	{
		//...
	}
	int _x;
	float _y;
};

以上代码当中：

1. class 是定义类的关键字，Myclass 是类名，{} 中的内容是类的主体，fun1和fun2是类的成员函数，_x 和_y 是类的成员变量。

2. 注意定义最后的分号不能省略。

注意事项：

1.为了防止命名冲突，类的成员变量在创建时一般会在变量名前加上一个特殊的标识符，例如_x,_y。

2.类的成员函数默认具有标签inline。

在c++当中，struct也可以用于定义类，与c语言不同的是，strcut当中可以定义函数，并且类的类型名不需要再带struct。

2. 访问限定符

c++中有三种访问限定符，用于对类成员的访问权限进行限制，它们分别是：

public（公有）：使得被修饰的成员可以在类的外部被访问和修改。

protected（保护）：被修饰的成员不可在类外部进行访问，但可以在子类当中访问。

private（私有）：对于被修饰的成员，无论是在类外还是在子类中，都无法访问及修改。

一般情况下，我们会对类中的成员变量修饰为private,防止它被外部修改；成员函数修饰为public，便于外部进行方法的调用。

注意：class定义的类当中，如果成员没有被这三种访问限定符修饰，则这些成员默认被private修饰；而struct中的成员默认被public修饰。

接下来，我们简单使用一下这些访问限定符：

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass
{
public:
	void fun1()
	{
		//...
	}

	void fun2()
	{
		//...
	}
private:
	int _x;
	float _y;
};


int main()
{
	//创建一个MyClass类对象
	MyClass a;
	a.fun1();//公有的，可以在外部访问
	a._x = 10;//私有成员，不可访问，报错
	return 0;
}

我们在使用访问限定符时：在其后加上一个冒号，表示从此处开始到下一个访问限定符或者类结束的位置之间的所有成员都被修饰。例如，这里的fun1、fun2函数被修饰为public；_x、_y被修饰为private。

访问限定符不仅是面向对象编程的特性之一——封装的具体实现，也促进了软件设计的质量、规范性、可维护性和安全性。它们是面向对象编程中不可或缺的一部分。

二、类域

既然学到了类，那就不得不提及类域了。我们都知道，c++一共有四大域：函数局部域、全局域、命名空间域和类域。而我们之前在类中定义的成员函数和成员变量，就属于类域。当我们在类外对类中的成员进行定义时，就需要用域限定运算符“ : : ”。举个例子：

class MyClass
{
public:
	void fun();//方法的声明

private:
	int _m;
};

void MyClass::fun()//方法的定义，要使用域限定运算符表明该方法所在的类域
{
	//...
}

那么，为什么要使用域限定运算符来表明类域呢？因为类域影响的是编译器的查找规则。如果fun函数没有声明类域，那么编译器就会从全局域去查找该函数的声明。此时如果fun函数有涉及对成员变量_m的操作，编译器从全局域找不到_m，就会发生报错。

三、类的实例化--对象

1. 实例化的概念

与结构体的定义和创建类似，当我们定义了一个类以后，就可以用这个类在内存中创建出一个对象。所谓对象，指的就是根据类创建出的“变量”。而根据类创建对象的过程，叫做类的实例化，我们在内存中创建出的每一个对象都是类的实例。

我们写一段代码体现类的实例化：

#include <iostream>
using namespace std;

//类的定义
class MyClass
{
public:
	void fun() 
	{
		//...
	}
private:
	int _x;
};

int main()
{
	MyClass a;//类的实例化，创建一个对象叫a
	return 0;
}

在上述代码中，我们对类进行定义时，编译器并没有为其开辟内存空间，就像是造房子的图纸，类就是一个模板，而对象则是根据这个模板建造出的“房子”，创建对象时才会分配内存空间。

2. 对象的内存大小

既然创建对象时才分配内存空间，那么对象所占内存空间的大小是多少呢？

首先我们写一段程序，用sizeof来计算对象的内存大小：

#include <iostream>
using namespace std;

class X
{
public:
	void fun() 
	{
		//...
	}
private:
	int _x;
};

int main()
{
	X x;
	cout << sizeof(x) << endl;
	return 0;
}

运行结果：

可以看到，对象x所占空间是4个字节。从代码当中得知，这个类中包含一个函数fun和一个整形变量_x，而整形的大小是4个字节，所以说对于对象而言，成员变量的内存是包含在其中的，而成员函数不在对象当中存储，而是在代码段当中。其次，c++规定，对象的成员变量才存储时要符合结构体的内存对齐规则。

规则如下：

1.结构体的第一个成员对齐到和结构体的起始地址的偏移量为0的地址处，也就是说第一个成员的偏移量记为0。

2.其他的成员要对齐到该成员的对齐数整数倍的地址处。

（对齐数：编译器默认对齐数与该成员内存大小的较小值；在VS环境中，默认对齐数是8；linux系统中，没有默认对齐数，对齐数就是该成员内存大小）

3.结构体的总大小为结构成员中最大的对齐数的整数倍。

4.嵌套结构体的情况：则内层的结构体要对齐到自己成员中最大对齐数的整数倍处；结构体的总大小为结构成员中最大对齐数的整数倍（结构成员包含内层结构体的结构成员）。

当类中仅有成员函数或者空类的情况：

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
	void fun()
	{
		//...
	}
};

class B
{

};

int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
	cout << sizeof(B) << endl;
	return 0;
}

运行结果：

当类中只有成员函数或者类为空类时，其所创建的对象大小为1字节，纯属占位作用。

四、this指针

首先来看一段代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass
{
public:
	MyClass(int a = 0, float b = 0, char c = 0)//构造函数，用于初始化对象的成员变量，后续会给大家介绍
	{
		_a = a;
		_b = b;
		_c = c;
	}
	void Print()
	{
		cout << _a << endl;
		cout << _b << endl;
		cout << _c << endl;
	}
private:
	int _a;
	float _b;
	char _c;
};

int main()
{
	MyClass m = { 1,5.5,'w' };
	m.Print();
}

运行结果：

以上程序中，我们首先用MyClass创建了一个对象m，并且对其进行了初始化。之后，我们打印了一下其中三个成员变量的值。这里不难发现，Print函数是没有参数的。那既然没有参数，那么编译器是怎么知道要打印的是哪个对象的成员变量呢？

实际上，这里的Print函数的参数的第一个位置，存在一个隐含的this指针。

当我们调用对象的成员函数时，本质是将该对象的地址赋值给this指针，隐含的this指针总是指向该对象，不可改变。也就是说，该函数调用当中的this指针指向的是对象m。所以它的本质是通过隐含的this指针，就访问到了对象m的成员。

要注意：

1. 在函数的实参和形参中，这个this指针会自动在参数第一个位置生成，我们不能显示地写出来；但是在函数体内我们可以使用this指针。

2. this指针只能在成员函数内部使用。

3. this指针只是一个形参，并不存储在对象当中。

this指针的用处：

1. 当我们需要使成员函数返回该对象的地址，就可以return this;
2. 当函数内的局部变量与类的成员变量名发生冲突时，就可以在类成员前加上this->，便于区分。

小练习：

1. 以下代码的运行结果是？

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "hehe" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	MyClass* a = nullptr;
	a->Print();
}

答案：

正常运行，打印“hehe”。原因是：这里创建类指针a，并且调用函数Print。可以看到程序中虽然使用了“->”，但是并没有对空指针a进行解引用，本质是将a传递给了形参this指针。而函数当中并没有访问成员变量，只是打印了“hehe”，所以不会发生问题，程序正常运行。

2. 以下代码的运行结果是：

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _a << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	MyClass* a = nullptr;
	a->Print();
}

答案：