一、類的引入

C語言結(jié)構(gòu)體中只能定義變量，在C++中，結(jié)構(gòu)體不僅可以定義變量，也可以定義函數(shù)。比如：之前用C語言方法實(shí)現(xiàn)的棧，結(jié)構(gòu)體中只能定義變量，而現(xiàn)在C++方式實(shí)現(xiàn)，struct中也可以定義函數(shù)。
??C語言版

typedef int DataType;
struct Stack
{
	DataType* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

struct Stack s;//聲明一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量

結(jié)構(gòu)體中只能定義變量，并且聲明棧類型的變量時(shí)，必須寫全struct Stack。

??C++版

typedef int DataType;
struct Stack
{
	//函數(shù)
	void Init(size_t capacity)
	{
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
		if (nullptr == _array)
		{
 			perror("malloc申請(qǐng)空間失敗");
 			return;
 		}
 		_capacity = capacity;
 		_size = 0;
 	}
 	void Push(const DataType& data)
 	{
 	// 擴(kuò)容
 		_array[_size] = data;
 		++_size;
 	}
 	DataType Top()
 	{
 		return _array[_size - 1];
 	}
 	void Destroy()
 	{
 		if (_array)
 		{
 			free(_array);
		 	_array = nullptr;
 			_capacity = 0;
 			_size = 0;
		}
 	}
 	//變量
 	DataType* _array;
 	size_t _capacity;
 	size_t _size;
};
Stack s;//聲明一個(gè)棧類型對(duì)象
s.Init();//調(diào)用類里面的函數(shù)
s.Push(10);
s.Push(20);
s.Push(30);
s.Push(40);
int ret = s.Top();
s.Destroy();

C++中，struct結(jié)構(gòu)體升級(jí)成了類，它里面不僅可定義變量，還可以定義函數(shù)，并且聲明棧類型變量的時(shí)候，可以不加struct。聲明的變量可以通過.去調(diào)用類里面的函數(shù)。

二、類的定義

class className
{
	//類體：由成員變量和成員函數(shù)組成
};//不要忘了分號(hào)

C++中可以用struct來定義一個(gè)類（把C語言中的結(jié)構(gòu)體升級(jí)了），但更多的是使用class關(guān)鍵字來定義類。class后面跟類名，{}中的是類的主體。注意：類定義結(jié)束時(shí)后面分號(hào)不能省略。

類體中的內(nèi)容稱為類的成員：類中的變量稱為，類的屬性或成員變量；類中的函數(shù)稱為類的方法或者成員函數(shù)。

??類的兩種定義方法：

• 聲明和定義全部放在類體中。

//定義一個(gè)人的類
class Person
{
	//成員函數(shù)——顯式基本信息
	void showInfo()
	{
		cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << "-" << endl;
	}
	//成員變量
	char* _name;//姓名
	char* _sex;//性別
	int _age;//年齡
};

注意：成員函數(shù)如果在類中定義，編譯器可能會(huì)將其當(dāng)成內(nèi)聯(lián)函數(shù)處理，最終是否真的是內(nèi)聯(lián)，還是由編譯器說了算。

• 類的聲明放在.h文件中，成員函數(shù)的定義放在.cpp文件中。

Person.h文件
//定義一個(gè)人的類
class Person
{
	//成員函數(shù)——顯式基本信息
	void showInfo();
	//成員變量
	char* _name;//姓名
	char* _sex;//性別
	int _age;//年齡
};

Person.cpp文件
#include "Person.h"

void Person::showInfo()
{
	cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << "-" << endl;
}

注意：成員函數(shù)名前需要加類名::，告訴編譯器這個(gè)函數(shù)屬于哪個(gè)類域，否則編譯器不知道成員函數(shù)里面的成員變量是哪里的。
小Tips：一般情況下，更期望采用第二種方法來定義類。

三、類的訪問限定符及封裝

??訪問限定符
C++實(shí)現(xiàn)封裝的方法：用類將對(duì)象的屬性與方法結(jié)合在一塊，讓對(duì)象更加完善，通過訪問權(quán)限，選擇性的將其接口（成員函數(shù)）提供給外部的用戶使用。C++提供了三種限制權(quán)限的訪問限定符：public、protected、private。

??訪問限定符說明

• 訪問限定符可以修飾類中的成員變量、成員函數(shù)、內(nèi)部類、重命名類型。友元函數(shù)的聲明不受訪問限定符的限制。
• public修飾的成員，在類外面可以直接被訪問（通過對(duì)象.訪問）。
• protected和private修飾的成員在類外面不能直接被訪問，目前我們認(rèn)為它們兩個(gè)一樣，只有在繼承的時(shí)候，這倆才有區(qū)別。
• 訪問權(quán)限的作用域：從該訪問限定符出現(xiàn)的位置開始，直到下一個(gè)訪問限定符出現(xiàn)為止。如果后面沒有訪問限定符，作用域就到}即類結(jié)束。
• class的默認(rèn)訪問權(quán)限是private，struct為了兼容C語言，默認(rèn)訪問權(quán)限是public。
• 訪問限定符只在編譯時(shí)有用，當(dāng)數(shù)據(jù)映射到內(nèi)存后，沒任何訪問限定符上的區(qū)別。

??封裝

封裝就是：把數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，隱藏對(duì)象的屬性和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，僅對(duì)外公開接口來和對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行交互。

封裝本質(zhì)上是一種管理，讓用戶更方便使用類。比如：對(duì)于電腦這樣一個(gè)復(fù)雜的設(shè)備，提供給用戶的只有開關(guān)機(jī)鍵、通過鍵盤輸入，顯示器、USB插孔等，讓用戶和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，完成日常事務(wù)。但實(shí)際上，電腦真正工作的卻是CPU、顯卡、內(nèi)存等一些硬件原件。

對(duì)于計(jì)算機(jī)的使用者而言，不用關(guān)心內(nèi)部核心部件，比如主板上線路是如何布局的，CPU內(nèi)部是如何設(shè)計(jì)的等等，用戶只需要知道，怎么開機(jī)、怎么通過鍵盤和鼠標(biāo)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互即可。因此計(jì)算機(jī)廠商在出廠時(shí)，在外部套上殼子，將內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)隱藏起來，僅僅對(duì)外提供開關(guān)機(jī)、鼠標(biāo)以及鍵盤插孔等，讓用戶可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互即可。

四、類的作用域

類定義了一個(gè)新的作用域，類的所有成員都在類的作用域中。在類體外定義成員時(shí)，需要::作用域限定符指明成員屬于哪個(gè)類域。不同的類域里面可以定義同名變量，

Person.h文件
//定義一個(gè)人的類
class Person
{
	//成員函數(shù)——顯式基本信息
	void showInfo();
	//成員變量
	char* _name;//姓名
	char* _sex;//性別
	int _age;//年齡
};

Person.cpp文件
#include "Person.h"

void Person::showInfo()
{
	cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << "-" << endl;
}

如上面的成員函數(shù)showInfo，對(duì)于函數(shù)體中出現(xiàn)的變量_name等，編譯器會(huì)先在當(dāng)前函數(shù)的局部域中搜索，如果沒有找到，接下來會(huì)到對(duì)應(yīng)的類域里面去搜索，當(dāng)類域里面也沒有的時(shí)候，最后回到全局區(qū)搜索，如果全局也沒有，編譯就會(huì)報(bào)錯(cuò)。

注意：所有的域都會(huì)影響訪問，但是只有全局域和局部域會(huì)影響生命周期，而類域和命名空間域不會(huì)影響聲明周期。

五、類的實(shí)例化

用類類型創(chuàng)建對(duì)象的過程，稱為類的實(shí)例化。

類是對(duì)對(duì)象進(jìn)行描述的，是一個(gè)模型一樣的東西，限定了類有哪些成員，定義出一個(gè)類并沒有分配實(shí)際的內(nèi)存空間來存儲(chǔ)它。類和對(duì)象的關(guān)系可以看成，拿圖紙建房子的過程，圖紙就是類，建出來的一棟棟房子，就是一個(gè)個(gè)的對(duì)象。
一個(gè)類可以實(shí)例化出多個(gè)對(duì)象，就像一個(gè)圖紙，可以建成很多房子一樣，實(shí)例化出的對(duì)象占用實(shí)際的物理空間，存儲(chǔ)類成員變量。類里面不能存數(shù)據(jù)，就像圖紙里面不能住人一樣。

//定義一個(gè)人的類
class Person
{
public:
	//成員函數(shù)——顯式基本信息
	void showInfo()
	{
		cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << "-" << endl;
	}
public:
	//成員變量
	const char* _name;//姓名
	const char* _sex;//性別
	int _age;//年齡
};
int main()
{
	Person p1;//用類實(shí)例化一個(gè)對(duì)象p1
	p1._name = "王華";
	p1._sex = "男";
	p1._age = 10;
	//Person._name = "黎明";//這是錯(cuò)的，這就相當(dāng)于圖紙里住人
	return 0;
}

六、類對(duì)象模型

??類對(duì)象的大小

// 類中既有成員變量，又有成員函數(shù)
class A1 
{
public:
	void f1() {}
private:
	int _a;
};
// 類中僅有成員函數(shù)
class A2 {
public:
	void f2() {}
};
// 類中什么都沒有---空類
class A3
{};

int main()
{
	cout << "A1的大小" << sizeof(A1) << endl;
	cout << "A2的大小" << sizeof(A2) << endl;
	cout << "A3的大小" << sizeof(A3) << endl;
	return 0;
}

一個(gè)類的大小，實(shí)際就是該類中“成員變量”之和，要遵守內(nèi)存對(duì)齊規(guī)則，對(duì)于一個(gè)沒有成員變量的類來說，編譯器會(huì)給這種類一個(gè)字節(jié)，來唯一標(biāo)識(shí)這個(gè)類對(duì)象。

還是以建房子為例，類就相當(dāng)于圖紙，對(duì)象就是用圖紙建造出來的房子，成員變量就相當(dāng)于臥室、廚房、衛(wèi)生間等，是每個(gè)房子都應(yīng)該有的屬性。而成員函數(shù)，就相當(dāng)于健身房、籃球場(chǎng)等，不需要建在每一個(gè)房子里，建在一個(gè)公共場(chǎng)所，大家都可以來使用。

小Tips：sizeof(類)和sizeof(對(duì)象)計(jì)算出來的結(jié)果是一樣，前者相當(dāng)于拿著圖紙，計(jì)算房子的面積，后者相當(dāng)于直接拿尺子去測(cè)量實(shí)際房子的面積。

??結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊規(guī)則

• 第一個(gè)成員在與結(jié)構(gòu)體偏移量為0的地址處。
• 其他成員變量要對(duì)齊到某個(gè)數(shù)字（對(duì)齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。
• 對(duì)齊數(shù)=編譯器默認(rèn)的對(duì)齊數(shù)與該成員大小的較小值。（vs的默認(rèn)對(duì)齊數(shù)是8）
• 結(jié)構(gòu)體的總大?。鹤畲髮?duì)齊數(shù)（所有變量類型中的最大對(duì)齊數(shù)和默認(rèn)對(duì)齊數(shù)取最?。┑恼麛?shù)倍。
• 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體，嵌套的結(jié)構(gòu)體對(duì)齊到自己最大的對(duì)齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對(duì)齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對(duì)齊數(shù)）的整數(shù)倍。

??為什么會(huì)有內(nèi)存對(duì)齊規(guī)則？
計(jì)算機(jī)在訪問數(shù)據(jù)的時(shí)候，并不是想訪問哪個(gè)字節(jié)就訪問哪個(gè)字節(jié)。而是按倍數(shù)進(jìn)行訪問，固定一次訪問多少，具體和硬件電路有關(guān)。內(nèi)存對(duì)齊會(huì)減少計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)的訪問次數(shù)，提高數(shù)據(jù)的讀取效率。修改默認(rèn)對(duì)齊數(shù)，本質(zhì)上是用時(shí)間換空間，因?yàn)橛布娐芬淮卧L問多少個(gè)字節(jié)是固定的。修改默認(rèn)對(duì)齊數(shù)只是改變了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式。

class A1 
{
public:
	void f1() {}
private:
	char _ch;
	int _a;
};

如上圖，在沒有內(nèi)存對(duì)齊的情況下，雖然整體占用的空間變小了，但是讀取成員變量_a的時(shí)候，就非常麻煩，由于硬件電路的原因，不能直接從_a的起始地址開始讀取，這就導(dǎo)致需要讀取兩次，并且還要把第一個(gè)讀取到的第一個(gè)字節(jié)給去掉，和第二次讀取得到的第一個(gè)字節(jié)進(jìn)行拼接，這個(gè)過程是十分麻煩的。而左邊，在內(nèi)存對(duì)齊的情況下，讀取_a只需要讀一次即可。

??結(jié)論
內(nèi)存對(duì)齊，浪費(fèi)了空間，提高了訪問效率；沒有內(nèi)存對(duì)齊，節(jié)省了空間，降低了訪問效率。修改對(duì)齊數(shù)，改變的是數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式，機(jī)器一次讀取多少字節(jié)，是由硬件電路決定的。

七、this指針

??先看一個(gè)神奇的現(xiàn)象

//定義一個(gè)日期類
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;//定義兩個(gè)日期類
	d1.Init(2022, 1, 11);//給d1初始化化
	d2.Init(2022, 1, 12);//給d2初始化
	d1.Print();//調(diào)用Print函數(shù)
	d2.Print();//調(diào)用Print函數(shù)
	return 0;
}

上面的代碼定義了一個(gè)日期類Date，接著又定義了兩個(gè)日期類對(duì)象d1和d2，然后用這兩個(gè)對(duì)象分別去調(diào)用成員函數(shù)Print，上面說過，成員函數(shù)是所有對(duì)象公有的，只有一份，存放在公共代碼區(qū)。那就意味著d1和d2調(diào)用的是同一個(gè)Print函數(shù)，既然調(diào)用的是同一個(gè)，那為什么d1調(diào)的時(shí)候，打印出來的是d1的日期，d2調(diào)的時(shí)候，打印的是d2的日期，編譯器是如何做到的？？？

C++中通過引入this指針解決該問題，即：C++編譯器給每個(gè)“非靜態(tài)成員函數(shù)”增加了一個(gè)隱藏的指針參數(shù)，讓該指針指向當(dāng)前對(duì)象（函數(shù)運(yùn)行時(shí)調(diào)用該函數(shù)的對(duì)象），在函數(shù)體中所有“成員變量”的操作，都是通過該指針去訪問。只不過所有的操作對(duì)用戶都是透明的，即用戶不需要來傳遞，編譯器自動(dòng)完成。

??結(jié)論
雖然d1和d2調(diào)用的是同一個(gè)函數(shù)，但是調(diào)用時(shí)傳遞的參數(shù)不同，所以最終誰調(diào)用，打印的就是誰的結(jié)果。我們可以在成員函數(shù)中去顯式使用this，但是不能在形參或者實(shí)參中自己去顯式傳遞this。

??this指針的特性

• this指針的類型：類類型* const，即在成員函數(shù)中，不能修改this指針的指向。（可以對(duì)this指向的內(nèi)容進(jìn)行修改）
• 只能在成員函數(shù)中使用。
• this指針本質(zhì)上是成員函數(shù)的形參，當(dāng)對(duì)象調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，將對(duì)象地址作為實(shí)參傳遞給this形參。所以對(duì)象中不存儲(chǔ)this指針。
• this指針是成員函數(shù)第一個(gè)隱藏的指針形參，一般情況下由編譯器通過ecx寄存器自動(dòng)傳遞，不需要用戶傳遞。

??this指針存在哪里？
this指針是函數(shù)的形參，所以this指針和普通的函數(shù)形參一樣，在函數(shù)調(diào)用的時(shí)候壓棧，存在函數(shù)調(diào)用的棧幀里面。

??this指針可以為空嘛？

// 1.下面程序編譯運(yùn)行結(jié)果是？ A、編譯報(bào)錯(cuò) B、運(yùn)行崩潰 C、正常運(yùn)行
class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "Print()" << endl;
    }
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->Print();
    return 0;
}

上面這段代碼，定義了一個(gè)A類型的指針p，并把它置為空，然后用這個(gè)指針p去調(diào)用成員函數(shù)，不會(huì)發(fā)生解引用，因?yàn)镻rint函數(shù)的地址不在對(duì)象中（要看轉(zhuǎn)換成匯編指令，都干了些啥，這里直接去call成員函數(shù)的地址）。p會(huì)作為實(shí)參傳遞給this指針。傳遞空指針不會(huì)報(bào)錯(cuò)，所以此時(shí)成員函數(shù)中的隱藏參數(shù)this指針，是拷貝的p指針的值，所以此時(shí)的形參this指針是nullptr。針對(duì)這個(gè)題目，首先可以排除掉A選項(xiàng)，因?yàn)榭罩羔樀膯栴}是屬于運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，不可能是編譯時(shí)錯(cuò)誤。這道題目選C，代碼可以正常運(yùn)行，因?yàn)?，雖然this指針是空，但是在Print成員函數(shù)中，我們并沒有去訪問任何類中的其他成員，這就意味著，我們根本就沒有使用這個(gè)this指針，所以代碼可以正常運(yùn)行。

// 1.下面程序編譯運(yùn)行結(jié)果是？ A、編譯報(bào)錯(cuò) B、運(yùn)行崩潰 C、正常運(yùn)行
class A
{
public:
    void PrintA()
    {
        cout << _a << endl;
    }
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->PrintA();
    return 0;
}

和上面的代碼一樣，這段代碼的this指針也是nullptr，但是這段代碼會(huì)運(yùn)行崩潰，因?yàn)樵诔蓡T函數(shù)Print中使用了類中的其他成員_a，這就相當(dāng)于this->_a，而this是一個(gè)空指針，這就成了解引用空指針，所以會(huì)運(yùn)行崩潰。

??總結(jié)
this指針能否為空，要根據(jù)具體的情況來定，如果成員函數(shù)里使用了類中的其他成員，此時(shí)this指針就不能為空。

小Tips：由于非靜態(tài)成員函數(shù)，會(huì)有一個(gè)隱藏的形參this指針，且該指針不能顯式傳遞，這就導(dǎo)致了不能通過域作用限定符去訪問非靜態(tài)成員函數(shù)，即A::Print()是錯(cuò)誤的（其中A是一個(gè)類名，Print是該類中的一個(gè)非靜態(tài)成員函數(shù)），因?yàn)闊o法傳遞一個(gè)合理的值，讓形參this去接收。如果Print是靜態(tài)成員函數(shù)，這樣寫是可以的。（后面的文章會(huì)提到）

??結(jié)語：
?今天的分享到這里就結(jié)束啦！今天我們初步認(rèn)識(shí)了一下類和對(duì)象，C++中通過類可以將數(shù)據(jù)以及操作數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行完美的結(jié)合，通過訪問權(quán)限可以控制那些方法在類外面可以調(diào)用，即封裝，在使用的時(shí)候就像使用自己的成員一樣，更符合人們對(duì)事物的認(rèn)知。如果覺得文章還不錯(cuò)的話，可以三連支持一下，您的支持就是春人前進(jìn)的動(dòng)力！
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-576917.html

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