【C++】类与对象（一）

news2024/10/1 19:37:45

文章目录

  • 1、面向过程和面向对象初步认识
  • 2、类的引入
  • 3、类的定义
  • 4、类的访问限定符
  • 5、类的作用域
  • 6、类的实例化
  • 7、计算类对象的大小
  • 8、this指针
  • 9、 C语言和C++实现Stack的对比

1、面向过程和面向对象初步认识

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。
举例子来理解一下就是，送外卖，先是商家做饭，打包，联系外卖员，外卖员取货，送货，联系买家，爬楼梯，敲门等。注重的是过程。
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。
举例子来理解一下就是，商家，外卖员，买家。注重对象。

2、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：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。

#nclude<stdlib.h>
#include<iostream>
using namespace std;

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;
	}
	void Push(const DataType& data)
	{
		// 扩容
		_array[_size] = data;
		++_size;
	}
	DataType Top()
	{
		return _array[_size - 1];
	}
	void Destroy()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = nullptr;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
	DataType* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};
int main()
{
	Stack s;
	s.Init(10);
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	cout << s.Top() << endl;
	s.Destroy();
	return 0;
}

在上面的结构体定义，在C++当众更加的喜欢使用class
C++中有struct和class创建结构体（创建对象）两种方法，从下面的代码当中可以了解到在结构体当中在次调用struct必须要带上struct而class就不需要。

struct List1
{
	struct List1* arr;
};

class List2
{
	List2* ret;
};

3、类的定义

class className
{
// 类体：由成员函数和成员变量组成
};

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。
下面简单介绍一下成员变量（类的属性）的命名问题。
就是在声明成员变量的时候在变量名前加_,防止在定义和赋值时的出现问题。当然在这里使用其他的方法也是行的。

class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		year = year;//err
	}
private:
	int year;
	int month;
	int day;
};

class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;//ture
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

4、类的访问限定符

在这里插入图片描述

【访问限定符说明】

    1. public修饰的成员在类外可以直接被访问
    1. 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)
    1. 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
    1. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
    1. 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

5、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 Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day);
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//要指定该函数是在哪个类当中声明的。
void Date::Init(int year, int month, int day)//注意
{
	_year = year;//ture
	_month = month;
	_day = day;
}

6、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；
  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
class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day);
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void Date::Init(int year, int month, int day)
{
	_year = year;//ture
	_month = month;
	_day = day;
}

int main()
{
	Date a;
	a.Init(1,1,1);
	return 0;
}

Date类是没有空间的，只有Date类实例化出的对象才有具体的时间。
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。
只有在类的实例化时才会为类中的变量开空间，成员变量是在类当中开辟空间的，而成员函数并不是在类中开辟空间，所以在类的实例化时只会只需要开辟成员变量的空间。

为什么成员变量在对象当中，而成员函数却不在对象当中？
1、每个对象中的成员变量都是不一样的，需要独立储存。
2、每个对象调用成员函数都是一样的，放在共享公共空间（代码段）

7、计算类对象的大小

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
{};

A1：4 A2：1 A3:1
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，占位，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类的对象。

8、this指针

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。
下面代码是系统将透明的代码显示出来的样子，从下面的图片中也可以看出this用于区分不同对象。

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	void Init(Date* this, int year, int month, int day)
	{
		this->_year = year;
		this->_month = month;
		this->_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1, d2;
	d1.Init(&d1, 2022, 1, 11);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

指针的特性

  1. this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
  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

在上文当中提到了成员函数（类的方法）存放在代码段当中，但是不要和函数参数和临时变量存放的方法混淆，他们是存放在栈区。
接下来我么们来考虑两个问题

  1. this指针存在哪里？
    因为在计算类对象大小的时候，只是计算了成员变量的大小，所以并没有给this指针开辟空间。
    this指针存放在栈区（vs当中存放在ecx寄存器当中）
  2. this指针可以为空吗？
    从下面的代码中也是可以看出看到空指针解引用就是错误的，而是要看调用的对象当中是否有解引用的操作。
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		cout << this << endl;
		this->_year = year;
		this->_month = month;
		this->_day = day;
	}
	void func()
	{
		cout << this << endl;
		cout << "func()" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date* p = nullptr;
	p->func();           //正常运行
	p->Init(2023,3,1);   //程序崩溃
	(*p).func();         //正常运行
	return 0;
}

9、 C语言和C++实现Stack的对比

c语言
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++
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。

最后：文章有什么不对的地方或者有什么更好的写法欢迎大家在评论区指出

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