类和对象(上篇)

news2024/11/24 0:40:45

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类和对象----上篇

  • 🔆面向过程和面向对象的初步认识
  • 🔆类的引入
  • 🔆类的定义
  • 🔆类的访问限定符及封装
    • 访问限定符
    • 封装
  • 🔆类的作用域
  • 🔆类的实例化
  • 🔆类的对象大小的计算
    • 如何计算一个类的大小
    • 结构体内存对齐规则
  • 🔆类成员函数的this指针
    • this指针的引出
    • this特性
  • 🔆结语

🔆面向过程和面向对象的初步认识

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。
面向过程：
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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。
面向对象：
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🔆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 STTypeData;
struct Stack {  //在C++中更喜欢用class代替struct
public:
	//类中的函数的定义和声明在一起，该函数可能会被编译器将其当成内联函数处理
	void Init(int defaultCapacity = 4) {
		_a = (STTypeData*)malloc(defaultCapacity * sizeof(STTypeData));
		if (_a == NULL) {
			perror("malloc");
			return;
		}
		_capacity = defaultCapacity;
		_top = 0;
	}
	void Push(STTypeData x) {
		assert(_a);
		if (_top == _capacity) {
			_capacity *= 2;
			STTypeData* tmp = (STTypeData*)realloc(_a, _capacity * sizeof(STTypeData));
			if (tmp == NULL) {
				perror("malloc");
				_capacity /= 2;
				return;
			}
			_a = tmp;
		}
		_a[_top++] = x;
	}
	void Pop() {
		assert(_a);
		assert(_top > 0);
		_top--;
	}
	STTypeData Top() {
		assert(_a);
		assert(_top > 0);
		return _a[_top - 1];
	}
	STTypeData Size() {
		assert(_a);
		return _top;
	}
	bool Empty() {
		assert(_a);
		return _top == 0;
	}
	void Destroy() {
		free(_a);
		_a = nullptr;
	}

private:
	STTypeData* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

int main() {
	Stack st;
	st.Init();
	st.Push(1);
	st.Push(2);
	st.Push(3);
	st.Push(4);
	st.Push(5);
	cout << st.Top() << endl;
	st.Destroy();
	return 0;
}

🔆类的定义

class className {
	// 类体：由成员函数和成员变量组成
};// 一定要注意这里的分号不能缺少

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。
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  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::
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🔆类的访问限定符及封装

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。
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【访问限定修饰符说明】
1.public修饰的成员在类外可以直接访问
2.protected和private修饰的成员在类外不能被直接访问（这里protected和private是类似的）
3.访问权限作用域从访问限定符出现到下一个访问限定修饰符出现时为止
4.如果后面没有访问限定修饰符就到**}**结束时为止
5.class默认访问限定修饰符为private，struct默认访问限定修饰符为public（因为C++要兼容C）
注意：访问限定修饰符只在编译时有用，当数据映射到内存后，没有任何访问限定修饰符的区别

封装

封装：将数据和操作数据的方法有机的结合，隐藏对象的属性和实现的细节，仅对外公开接口来和对象进行交互。
封装的本质上是一种管理，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。
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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。

🔆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。

typedef int STTypeData;
// class 定义的类默认访问限定符为private，struct 定义的类默认访问限定符为public(因为struct要兼容C)
class Stack {
public:
	//类中的函数的定义和声明在一起，该函数可能会被编译器将其当成内联函数处理
	void Init(int defaultCapacity = 4);
	void Push(STTypeData x);
	void Pop();
	STTypeData Top();
	STTypeData Size();
	bool Empty();
	void Destroy();

private:
	STTypeData* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

//需要指定Init属于Stack这个类域
void Stack::Init(int defaultCapacity) {
	_a = (STTypeData*)malloc(defaultCapacity * sizeof(STTypeData));
	if (_a == NULL) {
		perror("malloc");
		return;
	}
	_capacity = defaultCapacity;
	_top = 0;
}

🔆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。
3.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。
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🔆类的对象大小的计算

如何计算一个类的大小

一个类的大小，实际就是该类中“成员变量”之和，要注意内存对齐。
注意：空类的大小比较特殊，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类的对象。

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取最小）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。

🔆类成员函数的this指针

this指针的引出

#include <iostream>
using namespace std;

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;
	int _month;
	int _day;
};


int main() {
	Date d1, d2;
	d1.Init(2023, 4, 22);
	d2.Init(2023, 4, 22);

	d1.Print();
	d2.Print();
	return 0;
}

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。
注意:this指针不能自己显示传递。

this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

注意：this指针在没有使访问this指针指向的那块空间时，可以为空。this指针是编译器隐藏的实参，实参是压入栈中的，所有this指针存放在栈中

class A{
public:
	void Print(){
		//这里没有访问this指针指向的那块空间，该程序可以正常运行
		cout << "Print()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main(){
	A* p = nullptr;
	p->Print();
	return 0;
}

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class A{
public:
	void Print(){
		//这里没有访问this指针指向的那块空间，该程序可以正常运行
		//cout << "Print()" << endl;
		//这里访问this指针指向的那块空间，该程序会有运行时错误
		cout << _a << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main(){
	A* p = nullptr;
	p->Print();
	return 0;
}

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🔆结语

到这里这篇博客已经结束啦。
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