文章目录
- 一、面向过程和面向对象初步认识
- 二、类的引入
- 三、类的定义
- 四、类的访问限定符及封装
- 1 、访问限定符
- 2.封装
- 五、类的作用域
- 六、类的实例化
- 七、类对象模型
- 1.探究存储方式
- 2.结构体内存对齐规则
- 八、this指针
- 1、this指针的引出
- 2.this指针的特性
- 八、C语言和C++实现Stack的对比
- 总结
一、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。
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。
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。
我们通过栈来示例一下C++与C语言的区别：
C语言：
typedef int datetype;
typedef struct Stack
{
datetype* a;
int capacity;
int top;
}stack;
//初始化
void stackInit(stack* p);
//销毁
void stackDestroy(stack* p);
//入栈
void stackPush(stack* p, datetype x);
//出栈
void stackPop(stack* p);
//取栈顶数据
datetype stackTop(stack* p);
//数据个数
int stackSize(stack* p);
//判断是否为空
bool stackEmpty(stack* p);
bool isValid(char* s);
C++:
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;
};
但是C++中更喜欢用class来代替struct
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C++的关键字，代表一个类，class后边加上这个类的名字，在类体内定义函数和变量，这点和C语言是不同的，并且不能省略括号外边的分号。
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：
- 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:
void show()
{
cout << _name << _age << _sex << endl;
}
private:
char _name[10];
int _age;
char _sex[5];
};
- 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::
\\在.h文件
class person
{
public:
//函数声明
void show();
private:
char _name[10];
int _age;
char _sex[5];
};
\\在.cpp文件,要加上类名::
#include"test.h"
void person::show()
{
cout << _name << _age << _sex << endl;
}
在一般情况下，我们都采用第二种方式，第一种方式对于小函数来说成为内联函数inline，直接在类内定义，而大函数建议分文件
四、类的访问限定符及封装
1 、访问限定符
C++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。
通俗来说就是C++可以将成员函数和成员变量分类，如果想让外部访问到就定义成公有，如果不希望访问就可以定义为私有。
【访问限定符说明】
public修饰的成员在类外可以直接被访问protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问(此处protected和private是类似的)- 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
- 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)
问题：C++中struct和class的区别是什么？
解答：C++需要兼容C语言，所以C++中struct可以当成结构体使用。另外C++中struct还可以用来定义类。和class定义类是一样的，区别是struct定义的类默认访问权限是public，class定义的类默认访问权限是private。注意：在继承和模板参数列表位置，struct和class也有区别，后序给大家介绍。
2.封装
【面试题】
面向对象的三大特性：封装、继承、多态。
在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，那什么是封装呢？
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，可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合，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
类的实例化的过程就是使用一个类来创建对象的过程。
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,例如我们定义一个学生类，描述了一个学生的姓名，性别，年龄等特征，但是代入一个真实的学生时，才叫类的实例化，也就是产生了一个对象。
一个类可以实例化出多个对象，一个类是不占空间的，只有实例化出的对象才占空间。
我们可以通过以下的方式来理解类和对象：
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.
七、类对象模型
1.探究存储方式
那么类和对象到底是怎么存储的呢？
我们来使用以下的代码来探究一下：
// 类中既有成员变量，又有成员函数
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
{};
int main()
{
A1 a1;
A2 a2;
A3 a3;
cout << sizeof(a1) << endl;
cout << sizeof(a2) << endl;
cout << sizeof(a3) << endl;
}
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。
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 - 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取最小）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。
八、this指针
1、this指针的引出
我们先来看这个日期类：
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。
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.
我们来看一下下边这道题目：
// 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:
void Print()
{
cout << "Print()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->Print();
return 0;
}
接下来再来看看这道题目：
// 2.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:
void PrintA()
{
cout<<_a<<endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->PrintA();
return 0;
}
我们发现第一道题目定义了一个指针p，他指向的对象是由A类创建的，所以这里的p就会传给this指针，此时给this传一个nullptr可以吗？答案是可以的，在给成员函数传参时，this指针只会作为一个形参来使用，如果不对this指着进行操作，就不会产生什么问题，但是在第二个题目中，这样操作就一定有问题了，因为在成员函数中访问了成员变量，此时需要this解引用才可以得到成员变量，所以对空指针解引用就崩溃了。
八、C语言和C++实现Stack的对比
C语言实现
typedef int DataType;
typedef struct Stack
{
DataType* array;
int capacity;
int size;
}Stack;
void StackInit(Stack* ps)
{
assert(ps);
ps->array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
if (NULL == ps->array)
{
assert(0);
return;
}
ps->capacity = 3;
ps->size = 0;
}
void StackDestroy(Stack* ps)
{
assert(ps);
if (ps->array)
{
free(ps->array);
ps->array = NULL;
ps->capacity = 0;
ps->size = 0;
}
}
void CheckCapacity(Stack* ps)
{
if (ps->size == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity * 2;
DataType* temp = (DataType*)realloc(ps->array,
newcapacity * sizeof(DataType));
if (temp == NULL)
{
perror("realloc申请空间失败!!!");
return;
}
ps->array = temp;
ps->capacity = newcapacity;
}
}
void StackPush(Stack* ps, DataType data)
{
assert(ps);
CheckCapacity(ps);
ps->array[ps->size] = data;
ps->size++;
}
int StackEmpty(Stack* ps)
{
assert(ps);
return 0 == ps->size;
}
void StackPop(Stack* ps)
{
if (StackEmpty(ps))
return;
ps->size--;
}
DataType StackTop(Stack* ps)
{
assert(!StackEmpty(ps));
return ps->array[ps->size - 1];
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
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
今天讲解了类与对象基础的知识，希望可以帮到大家。
