【C++】带你先入门类和对象（上）

news2024/11/25 10:25:51

作者：小树苗渴望变成参天大树
作者宣言：认真写好每一篇博客
作者gitee:gitee
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文章目录

  • 前言
  • 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
    • 4.1 访问限定符
    • 4.2 封装
  • 五.类的实例化
  • 六.类对象模型
    • 6.1如何计算类对象的大小
  • 七.this指针
    • 7.1 this指针的引出
    • 7.2 this指针的特性
  • 八、总结

前言

上面我给大家介绍了C++入门，你们有许多知识点在类和对象里面都要用到，所以之前的知识不会的抓紧补补了，类和对象是一种新的概念，原来是面向过程，现在是面向对象，所以一开始理解起来还是有一定的难度的，话不多说，开始进入正文的讲解。

前期说明：在学习到类的实例化之前，把定义类都想象成房子的图纸，类的实例化相当于具体的房子，类里面的成员变量，成员函数想象成卧室，客厅和小区的公共篮球场，健身房，大家先看一下说明，现在不懂没有关系，一会简单介绍之后大家就懂了。

本篇重点：
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.类的访问限定符及封装
5.类的作用域
6.类的实例化
7.类的对象大小的计算
8.类成员函数的this指针

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。
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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。
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对于面向对象，就是把要实现的功能都放到一个类中，这个类就可以创建对象，在类里面可以定义变量和函数之前的关系前期可以理解为把我们之前实现的链表，栈，队列等的操作函数，放到一个类中，包装起来就行了，等后来在回到面向对象的理解上面来

二、类的引入

其实我们很早之前就已经接触过类了，我们介绍过的结构体

struct Slist{
int*a;
int size;
int capacity;
};

在C++里面这就是一个类，只不过不包括成员函数，但是有成员变量，类的基本框架就是这样的一个原型

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;
 }
 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;
};

大家看到我们把之前栈的函数直接放到一个结构体里面，一会再讲怎么去使用里面的函数

说明：在C语言里面，我们定义的变量，要是想在函数里面使用，必须进行传参，但在类中，只要有定义的变量，就可以在任意函数直接使用，不需要传参就可以了，这个大家要理解

看到现在你大致理解了类的基本框架，和里面需要的成员变量和成员函数，但再C++里我们喜欢使用class来定义类。

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（按照内联函数的规则是否进行展开）。
    我们上面的代码就是第一种定义类的方法，将成员函数都放到类中。

  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::
    在这里插入图片描述
    注意：再.h里面声明一定要加public类，是共有的限定符，不然再原文件里面使用不了。我们有四种访问限定符，一会介绍

一般情况下，更期望采用第二种方式。注意：上课为了方便演示使用方式一定义类，大家后序工作中尽量使用第二种。,这样一个类看起来不会太繁。

成员变量的命名：
我们来看一个类：

class Data
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		year = year;
		month = month;
		day = day;
	}
private://一般类中的成员变量都设置成私有
	int year;
	int month;
	int day;

};

大家看这种初始化很别扭，分不清哪个是形参，哪个是成员变量，有的人说把参数改一下，但是这样就不好区分谁对谁了，所以我们通常喜欢再变量前面加一个下划线，

其他方式也可以的，主要看公司要求。一般都是加个前缀或者后缀标识区分就行

四.类的访问限定符及封装

4.1 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
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【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)
    对于第五点，我们来看：
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    在头文件里面定义的类，两种方法的权限不一样，所以想要访问里面的内容就要增大权限。

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

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。

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。
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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。

我们已经体验过了类的封装，原来的栈就是直接实现函数，谁都可以调用，安全性不是特别高，我们把这些函数定义在类中，只有类创建的对象，才能调用，安全性提高了。

五.类的实例化

学了之前的知识点，我们大致知道怎么定义类了，定义类的两种方法，并且类中的内容有那些，有成员变量和成员函数，将他们封装起来，知道了一些访问限定符，和变量的命名风格，那么接下来将介绍怎么使用里面的变量和函数，就是通过实例化

大家还记得我在文章开头就讲过，类的定义是图纸，类的实例化时具体的实物
用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

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()
{
 Stack._capacity=4;   // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”
 return 0;
}

Stack类是没有空间的，只有Stack类实例化出的对象才有具体的容量，实例化类似于将图纸实现成具体的房子。
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int main()
{

	Stack s;
	s.Init(10);
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	cout << s.Top() << endl;
	s.Destroy();
	return 0;
}

这样我们就可以调用我们刚才在类中定义的函数和变量，只有有访问权限就可以访问，就是根据刚才那几个访问符的特点来使用

类的实例化很简单，就是创建一个变量，通过这个变量来调用他里面的内容

六.类对象模型

6.1如何计算类对象的大小

我们来计算刚才的Stack类的大小看看：
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我们再来看一个例子：
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大家看到每个类的大小，在类中，类的大小只计算成员的变量的大小，成员函数的大小在公共代码区，这就好比，在一个小区里面，有许多房子，每个房子里面的房间相当于成员变量，每个房子都有房间，所在不同的对象里面，都有自己的成员变量大小，成员函数就好比小区的篮球场，健身房，公共的，想用就去，就好比成员函数想用就去公共代码区去找然后去调用。

计算成员大小按照结构体内存对齐规则去计算大小：

  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。

七.this指针

7.1 this指针的引出

我们先来定义一个日期类 Date

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;
}

大家看，我创建了两个对象，但是在初始化里面都没有对应对象的特征，那我们调用这个函数怎么知道里面的变量是此对象里面的变量呢？？这时候就有this指针

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。
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大家看到谁调用this就是谁，this不能显示在形参里面，但是可以显示在函数体里面，后面会遇到的。

在函数体里面实际是有this的
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7.2 this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
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    标红的地方就是隐藏的this，为什么是指针，因为在创建对象的时候，就相当于在栈上创建了局部变量，想要在函数里面代表这个变量，就需要使用传址，才代表整个变量本身，而不是临时创建的形参，用引用便须需要传实参，才能知道是谁的别名，而对象的地址在创建的时候就有，所以是this指针，不是this引用。

我们来看一下一个例子：
1.

class A
{
public:
 void Print()
 {
 cout << "Print()" << endl;
 }
private:
 int _a;
};
int main()
{
 A* p = nullptr;
 p->Print();
 return 0;
}

class A
{ 
public:
    void PrintA() 
   {
        cout<<_a<<endl;
   }
private:
 int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->PrintA();
    return 0;
}

第一个正常运行，第二个报错

原因是，创建了一个A类的指针类型p,通过p来调用成员函数，只要有变量就能调用函数，不是用来操作一些数，第二个就是通过this来访问_a,p是空指针，就会传给对应的this，就会出错误，空指针的非法访问，所以第一个可以正常运行。

八、总结

今天我介绍了关于类的概念和类中应该有什么，又介绍了限定符，和封装相比较C语言的作用，并且怎么使用里面的函数和变量，通过类的实例化，后来又将了怎么介绍类的大小，只算成员变量大小即可，按照结构体对齐规则就行，最后又介绍了非常关键this指针，后面会经常提到，到这你几乎对类就有了一定理解了，下篇我们在此基础上讲解更深的知识，我们下篇再见
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