【C++】类与对象（1）

作者：爱写代码的刚子
时间：2023.4.29
本篇博客是有关C++类与对象的知识，学习了类与对象就相当于一只脚踏进了C++的大门，本篇博客会深入讲解C++中的类与对象（重点为this指针）。

类的初步认识

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。
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。
C语言中，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，但是C++中更喜欢用class代替struct来定义类。

类的定义

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(和java不同)。类中的元素称为类的成员:类中的数据称为类的属性或者成员变量; 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，需要注意: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。
声明放在.h文件中，类的定义放在.cpp文件中。（推荐）

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。
在这里插入图片描述
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
class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)（C++中struct定义的类和class定义的类的不同之处（重要））

类的封装

面向对象的三大特征：封装、继承、多态。

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:我们使用类数据和方法都封装到一下，不想给别人看到的，我们使用protected/private把成员封装起来。开放一些共有的成员函数对成员合理的访问。所以封装本质是一种管理。

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，需要使用 :: 作用域解析符指明成员属于哪个类域。
错误示范：
在这里插入图片描述
正确的代码：

类的实例化

类的实例化：用类类型创建对象的过程，称为类的实例化（对象的定义）

类只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
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
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

类对象模型

计算类的大小

计算类的大小时只算成员变量，不算成员函数
对象中只储存成员变量，没有储存成员函数（成员函数存储在一个公共的区域（类成员函数表），因为使用不同的类，成员变量不同，但成员函数相同）
计算类的大小时要内存对齐（博客链接：内存对齐）

结果：

A2和A3两个类对象没有成员变量，需要1byte，是为了占位，表示对象在，不存储有效数据
注：

A1 aa1;
aa1.print();

这里并不是代表aa1去找print()函数的地址，类里面并没有存2成员函数的地址。

this指针

提出问题：
之前有提到类里面的成员函数不存储在类里面，而是存储在另外一个公共区域，观察以下代码，既然调用的是同一个函数，那为什么输出结果不同？（如何知道函数设置的不同对象？）
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
解答：

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。
实际上编译器进行的操作：

this指针的特性（重要）

this指针不允许在实参和形参位置显式传递！！！，但可以在函数内部显式使用
this的指针类型是const如以上代码this指针类型为Date* const this
this指针本质上其实是一个成员函数的形参，是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指针存在栈中（和普通参数一样，作为栈帧的一部分，函数结束，this指针销毁））。

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

观察以下代码：

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

p->PrintA();不能执行，而p->Show();却可以执行
解答：
这里的p是空指针，编译器在公共的区域找成员函数，p作为this指针传入成员函数（传空指针不会报错），p->PrintA();和p->Show();这个过程中都没有发生解引用（PrintA和Show函数的地址不在对象中（在公共代码段））但是进入到函数内部时，PrintA函数中this->_a这个代码发生了解引用，所以报错。理解这个过程很重要（传空指针不一定报错）。
从底层看并没有发生解引用：
在这里插入图片描述
（没有解引用，只是调用了call）