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【C++修炼进程之练气】初识《类与对象 超详细》❤️

article 2024/10/28 3:29:01

目录

一：C++的面向对象

二：类的引入与定义

2.1：引入

2.2：定义

2.2.1：class定义：

 2.2.2：类的两种定义方式

三：类的访问限定符及封装

3.1：访问限定符

3.2：封装

四：类的作用域（类成员函数声明和定义分离）

五：类的实例化，类对象模型

5.1：类的实例化

5.2：类对象模型

六：类成员函数的this指针（访问成员的原理）

一：C++的面向对象

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。

例如，要写一个点餐分配系统，C语言的过程是：点餐下单->接单->分派骑手->骑手送餐->送给用户。

即：C语言是面向过程的。

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。

写一个点餐分配系统，C++要写形式：该系统总共有三个对象，用户、商家、骑手。

整个点餐分配系统的步骤：用户下单，商家接单，骑手送单。整个过程主要是：用户、商家和骑手三个对象之间交互完成的。

即：C++语言是面向对象的。

二：类的引入与定义

2.1：引入

C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。

例如实现一个栈：

在C语言中写法如下：

typedef int DateType;
struct Stack
{
	// 可以定义变量、定义函数
	void Init(size_t capacity)
	{
		_a = (DateType*)malloc(sizeof(DateType) * capacity);
		if (nullptr == _a)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		capacity = capacity;
		top = 0;
	}
	void Push(int x)
	{
		//  ... 扩容
		_a[top] = x;
		top++;
	}
	DateType Top()
	{
		return _a[top - 1];
	}
	void Destroy()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		top = capacity = 0;
	}

	DateType* _a;
	size_t top;
	size_t capacity;
};

int main()
{
	struct Stack s;
	s.Init(5);    //定义开辟5个数据的空间
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	s.Push(4);
	cout << s.Top() << endl;
	s.Destroy();
	return 0;
}

上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替。

即C++实现【class】：

typedef int DateType;
class Stack
{
	// 可以定义变量、定义函数
	void Init(size_t capacity)
	{
		_a = (DateType*)malloc(sizeof(DateType) * capacity);
		if (nullptr == _a)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		capacity = capacity;
		top = 0;
	}
	void Push(int x)
	{
		//  ... 扩容
		_a[top] = x;
		top++;
	}
	DateType Top()
	{
		return _a[top - 1];
	}
	void Destroy()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		top = capacity = 0;
	}

	DateType* _a;
	size_t top;
	size_t capacity;
};

2.2：定义

2.2.1：class定义：

class classname
{
    // 类体：有成员函数和成员变量组成

};    // 注意后面的分号

说明：class为定义类的关键字，classname为类的名字(由自己决定)，{}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。 

 2.2.2：类的两种定义方式

方式一：

声明和定义全部放在类体中

方式二：

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::

在此推荐方式二写法！！！

三：类的访问限定符及封装

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。

3.1：访问限定符

访问限定符的说明：

  1. public修饰的成员在类外可以直接被访问
  2. 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)
  3. 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
  4. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
  5. class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)

以Date类为例：

C++中struct和class的区别：

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。

3.2：封装

面向对象的三大特性：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，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。

四：类的作用域（类成员函数声明和定义分离）

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（告诉编译器在哪个类中找）。

#include<iostream>
using namespace std;

//日期
class Date
{
public:
	// 初始化
	void Init(int year, int month, int day);

	//显示日期
	void ShowDate();

private:
	int _year;		//日期-年
	int _month;		//日期-月
	int _day;		//日期-天
};

// 这里需要指定ShowDate,Init是属于Date这个类域
void Date::Init(int year, int month, int day)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
}

void Date::ShowDate()
{
	cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}

int main()
{
	Date d1;
	d1.Init(2024, 10, 23);
	d1.ShowDate();

	return 0;
}

运行实例：

五：类的实例化，类对象模型

5.1：类的实例化

用类型创建对象的过程，称为类的实例化。

对类的实例化进行解释说明： 

  1. 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；
  2. 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，物理空间里面存储类成员变量。
  3. 做个比方：类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间。

实例情况：

5.2：类对象模型

class A
{
public:
    void PrintA()
    {
       cout<<_a<<endl;
    }
private:
    char _a;
};

问题：类中既可以有成员变量，又可以有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么？如何计算
一个类的大小？

对象的存储方式是这样的：

那么是如何存储的呢？

=>通过对下面的不同对象分别获取大小来分析：

// 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
{};

 实例情况：

为什么A2类和A3类中没有成员变量却有1字节的大小空间呢？答：1字节表示占位，C++规定对没有具体东西时给其占位开1个字节的空间，并不是为了存储数据，而是为了进行占位，表示该类(对象)存在。

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。

六：类成员函数的this指针（访问成员的原理）

看下列日期类的CPP代码：

//日期
class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	//显示日期
	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}

private:
	int _year;		//日期-年
	int _month;		//日期-月
	int _day;		//日期-天
};

int main()
{
	Date d1;
	Date d2;
	d1.Init(2024, 10, 23);
	d2.Init(2024, 10, 24);
	d1.Print();
	d2.Print();
	return 0;
}

问题：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？

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。

this指针特性：

  1. this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
  2. 只能在“成员函数”的内部使用
  3.  this指针本质上是“成员函数”的形参，当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。
  4. 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

即：

运行情况：

总结：C++中通过类可以将数据 以及 操作数据的方法进行完美结合，通过访问权限可以控制那些方法在类外可以被调用，即封装，在使用时就像使用自己的成员一样，更符合人类对一件事物的认知。


http://www.kler.cn/news/368152.html

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