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C++【类和对象】（一）

article 2024/9/21 16:39:40

文章目录

  • 前言
  • 1.类的定义
    • 1.1类定义格式
    • 1.2 访问限定符
    • 1.3 类域
  • 2. 实例化
    • 2.1 实例化的概念
    • 2.2 对象大小
  • 3.this指针
  • 结语

前言

在前文我们讲解了C++基础语法知识。本文将会讲解C++的类和对象。

1.类的定义

1.1类定义格式

class name
{}；
  • class为定义类的关键字，name为类的名字，{}中为类的主体，注意{}后面的;不能省略。
  • 类主体中的内容也称为类的成员，类中的变量也被称为类的属性或者成员变量；类中的函数被称为类的方法或者成员函数。
  • 我们为了区分成员变量，一般会在成员变量上加一个特殊标记，例如在成员变量前面或后面加一个_或者my，但C++并不强制要求你要这样写，这只是一些惯例。
  • C++中struct也可以定义成类，C++兼容了C语言的用法，同时也把struct升级成了类，明显的变化就是struct也可以定义函数，但一般情况下我们还是使用class来定义类
  • 定义在类里面的函数默认是inline内联函数。
#include<iostream>
using namespace std;

class cla
{
	int Func(int x, int y)
	{
		return x + y;
	}

	int x;
	int y;
};

struct str
{
	int Func(int x, int y)
	{
		return x + y;
	}

	int x;
	int y;
};

接下来我们来使用一下类

#include<iostream>
using namespace std;

class cla
{
	int Func(int x, int y)
	{
		return x + y;
	}

	int x;
	int y;
};


int main()
{
	cla c1;
	c1.x = 10;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
这里我们可以看到发生了报错，那这是为什么呢？
接下来我们就需要了解访问限定符了。

1.2 访问限定符

  • C++的一种实现封装的方法，用类将对象的属性与方法结合到一起，让对象变得更方便，通过访问权限可以选择性的将接口提供给外部的用户使用。
  • C++一共有三个访问限定符，public（公用）、private（私有）、protected（保护）；public修饰的成员在类外可被直接访问；private和protection修饰的成员则在类外被直接访问，private和protection目前的功能是一样的，直到继承才能体现出他们的区别。
    在这里插入图片描述
  • 访问权限也有自己的作用域，访问权限的作用域是从访问限定符出现的位置开始，直到下一个访问限定符出现位置，而过后续没有其他的访问限定符，则访问权限遇到 } 即类的结束。
    在这里插入图片描述
  • class定义时默认的访问限定符是private，而struct默认public。
struct str
{
	int Func()
	{
		return _x + _y;
	}

	int _x;
	int _y;
}; 
class cla
{
	int Func()
	{
		return _x + _y;
	}

	int _x;
	int _y;
};

int main()
{
	cla c1;
	str s1;

	c1.Func();
	// error C2248: “cla::Func”: 无法访问 private 成员
	
	s1.Func();
}

1.3 类域

  • 类也定义了一个新的作用域，类的所以成员都在类的作用域中，在类外定义成员时，需要使用::作用域操作符来指明成员是属于哪个类域的。
#include<iostream>
using namespace std;

class cla
{
public:
	void Func();

private:
	int _x;
	int _y;
};

void cla::Func()
{
	_x = 10;
	//函数主体……
}
int main()
{
	cla c1;
	c1.Func();
}

2. 实例化

2.1 实例化的概念

  • 用类类型在物理内存中建立对象的过程，称为类实例化出对象
  • 可以把类想象成一个图纸，他只限定了类有哪些成员变量，这些成员变量只是声明，还没有分配空间，当你用类实例化出对象时，才会分配空间。
  • ⼀个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象才会占用实际的物理空间，存储类成员变量。
#include<iostream>
using namespace std;

//日期类
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:
//这里只是声明，并没有开空间
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
//Date类实例化出对象d1和d2
	Date d1;
	Date d2;

	d1.Init(2024, 9, 10);
	d2.Init(2024, 9, 20);

	d1.Print();
	d2.Print();

	return 0;
}

2.2 对象大小

我们简单回顾一下，我们之前学过C语言的结构体，结构体里面存有成员变量，结构体的成员变量要按照内存对齐的去进行计算大小，C++的类也是遵循这个规则。
但不同的是，C++支持类内拥有成员函数，那这些成员函数要不要参与计算呢，答案是不用的；首先函数被编译后是一段指令，对象是无法存储这些指令的，这些指令会存储在一个单独的区域（代码段），如果对象非要存储，那也只能存储成员函数的指针。
那我们再分析一下，对象中的成员函数指针有存储的必要吗？我们那Date类举例，Date实例化了d1和d2两个对象，他们都有自己独立的成员变量（_year, _month, _day），这些自然是要存储的，但是我们看看d1和d2的成员函数指针（通过反汇编来看）。
d1的init
Init的第一句代码的地址
在这里插入图片描述
d2的init

可以看到他们是一样的，这样存储在对象里面就太浪费了。假设我用Date实例化了100个对象，那么相同的成员函数指针就会被重复存储100次，这就太浪费了。
这⾥需要再额外哆嗦⼀下，其实函数指针是不需要存储的，函数指针是⼀个地址，调用函数被编译成汇编指令[call 地址]。

所以C++计算类的大小是只计算成员变量，计算时要遵循内存对齐的规则。
内存对齐的规则

  • 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
  • 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员变量的大小 进行比较得出的较小值、
  • 类/结构体的总大小为：最大对齐数（成员变量中对齐数最大）的整数倍
  • 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中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（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。
  • 细节可以看之前的博客：C语言自定义类型【结构体】中的结构体的内存对齐。
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
	void Func()
	{
		;
	}

	char c;

	int a;
};

class B
{

};

class C
{
	void Func()
	{
		;
	}
};

int main()
{
	A a;
	B b;
	C c;

	cout <<"class A:" << sizeof(a) << endl;
	cout <<"class B:" << sizeof(b) << endl;
	cout <<"class C:" << sizeof(c) << endl;

	return 0;
}

在这里插入图片描述
我们可以看到B、C类明明没有成员变量，可大小却是1，为什么明明没有成员变量还要给一个字节呢？因为如果一个字节都不给，你怎么表示这个类是存在的！所以这里给一个字节，纯粹是为了占位，表示对象是存在的。

3.this指针

我们拿Date类来举例，我们用同一个类模板实例化了两个不同的对象（d1和d2），但是我们调用的函数是同一个函数，而且我们也能看到这个函数把d1和d2给区分了，这是为什么呢？其实这里是C++给了个隐含的this指针，来解决区分的问题。

  1. 编译器编译后，类的成员函数会在形参的第一个位置，增加一个当前类类型的指针，叫做this指针。比如Date类的Init的真实原型为：void Init(Date * const this, int year, int month, int day)
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;
	int _month;
	int _day;
};
  1. 类的成员函数访问成员变量，本质还是通过this指针来访问的，例如Init函数给_year，显示的写就是this->_year = year;
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		this->_month = month;
		this->_day = day;
	}

	void Print()
	{
		cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
  1. C++规定，不能在实参和形参的位置显示的写this指针，但是可以在函数内显示的使用this指针

结语

本文初步讲解了c++的类和对象，讲解了类的定义、实例化、类的大小和this指针。

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