C++ -2- 类和对象（上）| 什么是类

news2024/9/28 23:28:22

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文章目录

  • 1.面向过程与面向对象
  • 2.类的引入
  • 3.类的定义
    • 两种定义方式
  • 4.类的访问限定符
  • 5.类的作用域
  • 6.类的示例化
  • 7.类的对象大小计算
  • 8.类成员函数的this指针
    • C语言和C++的对比(this指针)
    • 空指针的问题
  • C语言和C++实现Stack对比

1.面向过程与面向对象

  • C：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。
  • C++：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。

2.类的引入

  • C：struct 结构体，定义成员变量
  • C++：struct 定义成员变量和函数

C++ 把 结构体“升级成了” 类 ，struct → class

//C：
struct ListNode
{
	int* _a;
	int _size;
	int _capacity;
};


//CPP：
struct ListNode2
{
	void Init(size_t capacity)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
		if (!_a)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}

	//……

	int* _a;
	int _size;
	int _capacity;
};

3.类的定义

class classname
{    
    类体：由“类的成员”组成
    ……
}；
  • 类的成员：
    • 变量 → 类的属性/成员变量
    • 函数 → 类的方法/成员函数

两种定义方式

  1. 声明和定义全在类体中 → 日常练习（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。）

内敛函数的声明和定义不能分离，所以声明的时候就要直接定义。
代码量小、比较简单的函数一般直接在类中定义。

//CPP：
struct ListNode2
{
	void Init(size_t capacity)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
		if (!_a)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}

	//……

	int* _a;
	int _size;
	int _capacity;
};
  1. 声明放在.h头文件，定义放在.cpp文件 → 正式工作
//.h
class fantasy
{
	void Init(int capacity = 4);

	//……

	int* _a;
	int _size;
	int _capacity;
};

//.cpp
#include "test.h"
void fantasy::Init(int capacity)//意思是“Init”这个函数是“fantasy”这个类里的成员函数
{
	_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
	if (!_a)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	_capacity = capacity;
	_size = 0;
}
  • 成员变量命名规则的建议：
class DateRB
{
public:
	void Init(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
	{
		year = year;
		month = month;
		day = day;
		//这样就很奇怪，到底是谁赋值给谁
	}
private:
	int year;
	int month;
	int day;
};

所以，我们建议区别命名：

class DateRB
{
public:
	void Init(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

4.类的访问限定符

  1. 公有（public）→ struct 默认
  2. 保护（protected）
  3. 私有（private）→ class 默认

一般：

class MyClass
{
public:
	成员函数;

private:
	成员变量;
};
  • 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。

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 fantasy//新的作用域
{
	void Init(int capacity = 4);
	//……
	int* _a;
	int _size;
	int _capacity;
};

void fantasy::Init(int capacity)//指明成员属于哪个类域。
{
	_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
	if (!_a)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}
	_capacity = capacity;
	_size = 0;
}

6.类的示例化

类 → 相当于设计图
类的实例化 → 相当于根据设计图建房

class DateRB
{
public:
	void Init(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	DateRB d1;//类的实例化 → 对象
	d1.Init();

	return 0;
}

7.类的对象大小计算

class DateRB
{
public:
	void Init(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;//4→ 0,1,2,3
	int _month;//4→ 4,5,6,7
	int _day;//4→ 8,9,10,11
	//内存：12byte
};

int main()
{
	DateRB d1;//类的实例化
	d1.Init();

	cout << sizeof(d1) << endl;//output:12

	return 0;
}

如上这个例子，sizeof(d1) = 12(byte)

  • 为什么成员变量在对象（d1）里，成员函数不在对象里？
    • 每个对象的成员变量不一样，需要单独存储
    • 调用的成员函数都是一样的，在公共区域 （代码段）

特别的：

// 类中仅有成员函数
class A2 {
public:
   void f2() {}
};
// 类中什么都没有---空类
class A3
{};

sizeof(A2) : ?
sizeof(A3) : ?

cout << sizeof(A2) << endl;//output:1
cout << sizeof(A3) << endl;//output:1

这 1 字节 不存储有效数据，只是占位，用来标识 对象被实例化出来。

8.类成员函数的this指针

在这里插入图片描述

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。这个过程编译器自动完成。

void Init(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
}

//实际上：
void Init(DateRB* this, int year = 0, int month = 0, int day = 0)
{
	this->_year = year;
	this->_month = month;
	this->_day = day;
}

C语言和C++的对比(this指针)

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
对象 d1 调用函数时，this = &d1 这个地址会传给函数

  • this 指针 → 隐含的形参，储存在 栈 中

空指针的问题

定义：DateRB* ptr = nullptr;

class DateRB
{
public:
	void Init(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	void func()
	{

	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};


int main()
{
	DateRB* ptr = nullptr;
	ptr->func();//正常运行
	ptr->Init(2023, 2, 27);//运行崩溃
	(*ptr).func();//正常运行
	return 0;
}
  1. ptr->func();//正常运行
    在这里插入图片描述
  • 为什么会正常运行？
    • 此过程中，调用 func 函数，只是把 ptr 的内容（nullptr）传给了 this 指针，而函数运行过程中 没有对 this 指针解引用操作。
  1. ptr->Init(2023, 2, 27);//运行崩溃
void Init(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
{
	this->_year = year;
	this->_month = month;
	this->_day = day;
}

显然，Init 函数会对 this 指针 解引用操作，对空指针解引用造成运行崩溃

  1. (*ptr).func();//正常运行
    和ptr->func();一样，没有对this 指针解引用
  • sum.看到 '*' 或者 '->' 不一定进行了解引用操作

注意：不能这样调用函数👇

func();
DateRB::func();

C语言和C++实现Stack对比

  • CPP：

    1. 数据和方法都封装到类里面
    2. 控制访问方式（共有、私有）

  • C：

    1. 数据和方法分离
    2. 数据的访问控制是自由的，不受限制的

      • 譬如：取栈顶的元素，可以不通过调用函数的方式而直接访问👇

      • cpp Stack st; int top = st.a[st.top] 但是这需要了解栈的底层结构，并且容易出错

END

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