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第二讲：类与对象（上）

article 2025/2/1 20:34:25

1、面向对象的初步认识

2、类的引入

3、类的定义

4、类的访问限定符及其封装

4.1、访问限定符

4.2、封装

5、类的作用域

6、类的实例化

7、类对象的大小

8、this指针

1、面向对象的初步认识

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。

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。

2、类的引入

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。C++把结构体升级成了类

例如：

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 st;
	st.Init(10);

	st.Push(1);
	st.Push(2);
	st.Push(3);

	cout << st.Top() << endl;
	st.Destroy();

	return 0;
}

注意：在C语言中struct Stack是类型，但是在C++中还可以把Stack当成类型，这样更加简洁一些。

虽然可以使用struct来定于类，但是C++更喜欢用class来定义。

3、类的定义

class classname
{
	//类体：由成员函数和成员变量组成
};//要注意这里有分号

其中，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：

1. 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。（类里面短小的函数，适合做内联的函数，直接在类中定义即可），例如：

class Person
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
	}
public:
	char* _name;
	char* _sex;
	int _age;
};

2. 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::，例如：

头文件中：

class Person
{
public:
	void Print();

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

.cpp文件中：

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

一般情况下，更期望采用第二种方式。但是为了方便展示，在文章中多采用第一种方式。（关于上面的public后面讲）。

成员变量命名规则，例如：

class Date
{
public:
	void Init(int year)
	{
		// 我们的本意是将形参赋值给成员变量，但实际上这两个都是函数形参（局部优先的原则）
		year = year;
	}
private:
	int year;
};

为了解决这个问题，一般都是给成员变量前加一个前缀或者后缀标识用来区分，例如：

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;
};

4、类的访问限定符及其封装

4.1、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。

总共有三种访问限定符：

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，在后面的继承中是不同的，等到讲到继承的时候再区分两者)。

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的默认访问权限为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。

4.2、封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

封装：将数据（成员变量）和操作数据的方法（成员函数）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。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。这就是封装的思想。

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。

继承和多态后面再讲。

5、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。在上面的例子中已经见识到了这种在类外定义成员的方式，不再多说。

6、类的实例化

用类创建对象的过程，称为类的实例化。

1. 类是对对象进行描述的，是一个模型一样的东西，定义了类有哪些成员，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。

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，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。

7、类对象的大小

实际上，类对象只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段。因为每个对象的成员变量的是不一样的，需要独立的存储；但是每个对象所调用的函数是一样的，因此放到共享区域。

我们可以使用sizeof来计算类和类对象的大小。

结论：一个类的大小，实际就是该类中”成个类的大小员变量”之和，当然要注意内存对齐。内存对齐规则和之前在C语言里面讲的是一样的，简单来说类对象的大小就等于把类中成员函数去掉后，把剩下的成员变量按照内存对齐规则计算出的大小。

注意：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，下面的就是空类。（也就是没有成员变量的类都是一个字节的大小）。

class A3
{};

8、this指针

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;
};

int main()
{
	Date d1, d2;
	d1.Init(2023, 9, 7);
	d2.Init(2024, 10, 11);
	d1.Print();
	d2.Print();
	return 0;
}

对于上述类，有这样的一个问题：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？

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。

我们是可以使用这个this指针的，还可以打印this指针的地址。

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this指针在栈上。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。

下面的程序会出问题吗？

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

int main()
{
	A* p = nullptr;
	p->PrintA();
	return 0;
}

结果是正常运行，因为p->PrintA()这里并不算解引用，其本质上这个p相当于传给了第一个隐式的参数。即便是写成(*p).PrintA();也是不会报错的。

如果把上面的程序改动为：

class B
{
public:
	void PrintB()
	{
		cout << _a << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	B* p = nullptr;
	p->PrintB();//这里并不算解引用，因为它没有去类中找，只有去类中找才算解引用。
	return 0;
}

结果程序崩溃，运行崩溃的原因在cout<<_a<<endl;这里，隐式的this是空指针，解引用找_a也就出问题了。

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