零 介绍

阅读这篇文章，你会了解类和对象的基本定义和简单用法，理解C++和C语言的很多区别。

一 面向过程和面向对象的初步认识

C语言：面向过程，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。

如果拿洗衣服为例，C语言考虑的是洗衣服的步骤，比如拿个盆 > 放水 > 放衣服 > 放洗衣液 > 搓等等。

C++：基于面向对象，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。

如果还拿洗衣服举例，C++关注的是人、衣服、洗衣粉、洗衣机四个对象之间的交互，而不用关心洗衣机到底是如何洗衣服的。

二 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。

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;
	 }
};

int main()
{
	 Stack s;
	 s.Init(10);
	 return 0;
}

【注意】：

1. 上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替。
2. 成员变量一般在前面或者后面加_来与其它变量进行区分。

三 类的定义

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。

类的两种定义方法：

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。

class Person
{
public:	//访问限定符，后面介绍
	//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
};

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::
   

建议使用第二种定义方法。

为了将成员变量和形参相区分，通常在成员变量前或后加_

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

四 类的访问限定符及封装

4.1 访问限定符

【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

4.2 封装

• 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。

• 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。

• 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，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，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，可以使用类，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。

五 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。

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;
}

六 类的实例化

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:“.”
	//需要实例化一个对象再赋值，比如：
	//Person p;
	//假设_age2在public中
	//p._age2 = 100;
	return 0;
}

【注意】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，类相当于是设计图，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，类只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间

七 类对象模型

7.1 如何计算类对象大小

class A
{
public:
	void PrintA()
	{
	   cout<<_a<<endl;
	}
private:
	char _a;
};

类中既可以有成员变量，又可以有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么？如何计算一个类的大小？

7.2 类对象的存储方式猜测

• 对象中包含类的各个成员

缺陷：每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一份函数，如果按照此种方式存储，当一个类创建多个对象时，每个对象中都会保存一份代码，相同代码保存多次，浪费空间。那么如何解决呢？

• 只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

结论：

1. 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。
2. 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。

7.3 结构体内存对齐规则

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相比，大的那个）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。

八 this指针

8.1 this指针的引出

我们先定义一个日期类

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;     // 年
	 int _month;    // 月
	 int _day;      // 日
};
int main()
{
 Date d1, d2;
 d1.Init(2022,1,11);
 d2.Init(2022, 1, 12);
 d1.Print();
 d2.Print();
 return 0;
}

对于上述类，有这样的一个问题：
Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用 Init 函数时，该函数是如何知道应该设置d1对象，而不是设置d2对象呢？

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。

8.2 this指针的特性

1. this指针的类型：*const类型，即成员函数中，无法改变this的指向。
2. 只能在“成员函数”的内部使用
3. 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。
4. 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

8.3 C++实现栈

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	 void Init()
	 {
		 _array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
		 if (NULL == _array)
		 {
			 perror("malloc申请空间失败!!!");
		 	 return;
	 	 }
		 _capacity = 3;
		 _size = 0;
 	 }

	 void Push(DataType data)
	 {
		 CheckCapacity();
		 _array[_size] = data;
		 _size++;
	 }
 
	 void Pop()
	 {
		 if (Empty())
		 return;
		 _size--;
	 }
 
	 DataType Top(){ return _array[_size - 1];}
	
	 int Empty() { return 0 == _size;}
 	
 	int Size(){ return _size;}
	
	 void Destroy()
	 {
		 if (_array)
		 {
			 free(_array);
			 _array = NULL;
			 _capacity = 0;
			 _size = 0;
		 }
 	 }
private:
	 void CheckCapacity()
	 {
	 	if (_size == _capacity)
		 {
			 int newcapacity = _capacity * 2;
			 DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *
			 sizeof(DataType));
			 if (temp == NULL)
			 {
				 perror("realloc申请空间失败!!!");
				 return;
			 }
			 _array = temp;
			 _capacity = newcapacity;
	 	}
	}
private:
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};
int main()
{
	Stack s;
	s.Init();
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	s.Push(4);
	 
	printf("%d\n", s.Top());
	printf("%d\n", s.Size());
	s.Pop();
	s.Pop();
	printf("%d\n", s.Top());
	printf("%d\n", s.Size());
	s.Destroy();
	return 0;
}

• C++中通过类可以将数据 以及 操作数据的方法（函数）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，编译器会自动传递this指针。