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[C++]类和对象（上）

article 2024/11/15 9:02:25

我们在之前已经将C++的入门基础做了讲解，在本章我们将系统性的阐述C++中类和对象的基本定义和用法

1.类的定义

1.类定义的格式

2.访问限定符

3.类域

2.实例化

1.实例化的概念

2.实例化的对象大小

3.this指针

3.类的默认成员函数

1.构造函数

2.析构函数

3.拷贝构造函数

类（Class）是面向对象程序设计（OOP，Object-Oriented Programming）实现信息封装的基础。类是一种用户定义的引用数据类型，也称类类型。每个类包含数据说明和一组操作数据或传递消息的函数。类的实例称为对象。

1.类定义的格式

我们这里以栈Stack为例，创建一个名为Stack的类，再来实现其的基本用法

class为定义类的关键字，Stack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。
为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识，如成员变量前面或者后面加_ 或者 m开头
C++中struct也可以定义类，C++兼容C中struct的⽤法，同时struct升级成了类，明显的变化是
struct中可以定义函数，但是在一般情况下，我们还是使用class定义类
定义在类⾯的成员函数默认为inline，即内联函数

Stack类定义代码如下所示

class Stack
{
public:
	// 成员函数
	void Init(int n = 4)
	{
		array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (nullptr == array)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		capacity = n;
		top = 0;
	}
	void Push(int x)
	{
		// ...扩容
		array[top++] = x;
	}
	int Top()
	{
		assert(top > 0);
		return array[top - 1];
	}
	void Destroy()
	{
		free(array);
		array = nullptr;
		top = capacity = 0;
	}
private:
	// 成员变量
	int* array;
	size_t capacity;
	size_t top;
}; // 分号不能省略

2.访问限定符

C++⼀种实现封装的方式，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。
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，protected和private是⼀样的，在继承中才会体现他们的区别
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定义成员没有被访问限定符修饰时默认为private，struct默认为public。成员变量一般都会设置为private和 protected，除非你想将成员变量公开出去就使用public

3.类域

作用域我们在之前的入门章节讲过，函数作用域，命名空间域，局部作用域，还有就是类域

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。

在域外访问需要加域操作符::

2.实例化

1.实例化的概念

用类类型在物理内存中创建对象的过程，称为类实例化出对象

所以说，类只是一个模型，是用来创建对象的模型，类中的成员变量和成员函数只是声明，并没有实际的分配内存，只有当实例化成为了对象，才会分配内存空间

2.实例化的对象大小

如图所示，被同一个类所实例化的对象，由于他们的成员变量不同，因此会分配到不同的空间中去，但是他们所有的成员函数都是一样的，因此如果在为类成员函数单独分配空间就有点冗余了，不如将其存到公共代码区内，谁需要调用了直接去公共区域调用即可，互不影响。

类和C语言中的结构体一样，都具有内存对齐规则，而且规则一致

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，嵌套的结构体对其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。

3.this指针

编译器编译后，类的成员函数默认都会在形参第⼀个位置，增加⼀个当前类类型的指针，叫做this
指针，当成员变量调用函数时，会隐式的传入this指针，this指针指向自己

//这是编译器中的函数声明
void Init(Date* const this, int year,int month, int day)
//这是我们看到的函数声明
void Init(int year,int month, int day)

类的成员函数中访问成员变量，本质都是通过this指针访问的

C++规定不能在实参和形参的位置显⽰的写this指针(编译时编译器会处理)，但是可以在函数体内显示使用this指针

3.类的默认成员函数

默认成员函数就是用户没有显式实现，编译器会自动生成的成员函数称为默认成员函数。⼀个类，我们不写的情况下编译器会默认生成以下6个默认成员函数，需要注意的是这6个中最重要的是前4个，最后两个取地址重载不重要，我们稍微了解⼀下即可。

1.构造函数

构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象(我们常使用的局部对象是栈帧创建时，空间就开好了)，而是对象实例化时始化对象。即完成对类对象的初始化。

构造函数的特点：

函数名与类名相同。
无返回值。 (返回值啥都不需要给，也不需要写void，不要纠结，C++规定如此)
对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。
构造函数可以重载。
如果类中没有显式定义构造函数，则C++编译器会⾃动⽣成⼀个无参的默认构造函数，⼀旦用户显式定义编译器将不再生成。
无参构造函数、全缺省构造函数、我们不写构造时编译器默认生成的构造函数，都叫做默认构造函数。但是这三个函数有且只有⼀个存在，不能同时存在。实际上无参构造函数、全缺省构造函数也是默认构造，总结⼀下就是不传实参就可以调用的构造就叫默认构造

我们看一下日期类的几个构造函数

class Date
{
public:
	// 1.⽆参构造函数
	Date()
	{
		_year = 1;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}
	// 2.带参构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// 3.全缺省构造函数
	/*Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
	}*/
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

2.析构函数

析构函数与构造函数功能相反，析构函数不是完成对对象本身的销毁，比如局部对象是存在栈帧的，函数结束栈帧销毁，他就释放了，不需要我们管，C++规定对象在销毁时会自动调用析构函数，完成对象中资源的清理释放工作。

析构函数的特点：

析构函数名是在类名前加上字符 ~。
无参数无返回值。 (这⾥跟构造类似，也不需要加void)
⼀个类只能有⼀个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数。
跟构造函数类似，我们不写编译器自动生成的析构函数对内置类型成员不做处理，自定类型成员会调用他的析构函数。
还需要注意的是我们显示写析构函数，对于自定义类型成员也会调用他的析构，也就是说自定义类型成员无论什么情况都会自动调用析构函数。
如果类中没有申请资源时，析构函数可以不写，直接使用编译器生成的默认析构函数，如Date；如果默认生成的析构就可以用，也就不需要显示写析构，如MyQueue；但是有资源申请时，⼀定要自己写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。
⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构

看一下栈对象的析构函数

~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}

3.拷贝构造函数

如果⼀个构造函数的第一个参数是自身类类型的引用，且任何额外的参数都有默认值，则此构造函数也叫做拷贝构造函数，也就是说拷贝构造是⼀个特殊的构造函数。

1. 拷贝构造函数是构造函数的⼀个重载。
2. 拷贝构造函数的参数只有⼀个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为语法逻辑上会引发无穷递归调用

3. C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这里自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造完成。
4. 若未显式定义拷贝构造，编译器会自动生成拷贝构造函数。自动生成的拷贝构造对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的拷构
造

5.传值返回会产生⼀个临时对象调用拷贝构造，传值引用返回，返回的是返回对象的别名(引用)没
有产生拷贝。但是如果返回对象是⼀个当前函数局部域的局部对象，函数结束就销毁了，那么使用
引用返回是有问题的，这时的引用相当于⼀个野引用，类似⼀个野指针⼀样。传引用返回可以减少
拷贝，但是⼀定要确保返回对象，在当前函数结束后还在，才能用引用返回。

以上是对类和对象的上半部分阐述与讲解

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