初谈类和对象

南桥

发布于 2024-02-05 16:44:34

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发布于 2024-02-05 16:44:34

文章被收录于专栏：南桥谈编程

前言

C语言是面向过程的，关注点是过程；而C++面向的是对象，关注的是对象，将一件事拆分成不同的，靠对象之间的交互完成。

比如你在洗衣服时，四个对象：人、洗衣机、洗衣液、衣服。这四个对象之间相互作用，完成了对衣服的清洗，而你不需要关注洗衣机如何去洗衣服、如何去甩干衣服。

类的引入

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。

# define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>

using namespace std;

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

在C++中，struct结构体里面不仅可以声明变量，还可以定义函数。

C++中这种结构体更喜欢叫做class

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

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。

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

public:
	char* _name;
	char* _sex;
	int _age;
};

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::

//learn.h文件
class Person
{
public:
	void shown();
public:
	char* _name;
	char* _sex;
	int _age;
};

//learn.c文件
void Person::shown()
{
	cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
}

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。

成员命名规则

先来看看这个函数：

class Date
{
public:
void Init(int year)
{

year = year;
}
private:
int year;
};

这里的year到底是成员变量，还是函数形参？

有歧义

一般建议：

class Date
{
public:
void Init(int year)
{
_year = year;
}
private:
int _year;
};
// 或者这样
class Date
{
public:
void Init(int year)
{
mYear = year;
}
private:
int mYear;
};

具体习惯基于自己

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

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
如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)

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

面试题

问题：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。

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。

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。

//learn.h文件
class Person
{
public:
	void shown();
public:
	char* _name;
	char* _sex;
	int _age;
};

//learn.c文件
void Person::shown()
{
	cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
}

这里需要指定shown()是属于Person这个类域

类的实例化

实例化：用类类型创建对象的过程叫做实例化

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。类就像谜语一样，对谜底来进行描述，谜底就是谜语的一个实例。谜语：“年纪不大，胡子一把，主人来了，就喊妈妈” 谜底：山羊
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

class Person
{
public:
	void shown();
public:
	const char* _name;
	const char* _sex;
	int _age;
};

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


int main()
{
	Person p1;
	p1._name = "gwj";
	p1._sex = "男";
	p1._age = 20;
	p1.shown();

	return 0;
}

这里不能写成Person._name = "南桥"，Person p1是用类实例化一个对象p1。

类对象模型

计算类对象的大小

类对象中既有成员变量，又有成员函数，如何计算成员类对象大小？

先看下面代码：

// 类中既有成员变量，又有成员函数
class A1
{
public:
	void f1() {}
private:
	int _a;
};
// 类中仅有成员函数
class A2 {
public:
	void f2() {}
};
// 类中什么都没有---空类
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;
}

运行结果：

结论：一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然要注意内存对齐。注意空类的大小，空类比较特殊，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：

第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
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
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。
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。

关于结构体内存对齐，看参考小编文章：《C语言学习系列—＞一篇带你了解结构体》

this指针

先定义一个类：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;
}

Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用 Init 函数时，该函数是如何知道应该设置d1对象，而不是设置d2对象呢？

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。