当前位置： 首页 > news >正文

【C++修炼秘籍】类和对象（一）

news 来源：原创 2024/5/3 17:52:09

【C++修炼秘籍】类和对象（一）

心有所向，日复一日，必有精进

专栏《C++修炼秘籍》

作者：沂沐沐

 

 目录

【C++修炼秘籍】类和对象（一）

前言

面向过程和面向对象的初步认识

类的引入

类的定义

类的两种定义方式：

 成员变量命名规则的建议：

类的访问限定符及封装 

访问限定符

封装

类的作用域

类的实例化

类对象模型 

如何计算类对象的大小 

类对象的存储方式猜测 

this指针

this指针的特性 

 总结

前言

学习C++就像打怪升级，类和对象就是我们第一个Boos，打下这个Boos我们需要时间和努力，胜利了，我们将步入下一个境界；加油！

 

面向过程和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。

 

面向对象百度百科 

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。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。

typedef int DataType;
struct Stack
{
	void Init(size_t capacity)
	{
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType)* capacity);
		if (nullptr == _array)
		{
			perror("malloc fail");
			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;
};
typedef struct Queue{
	//...
}Q;
void QueueInit(){}
void QueuePush(){}

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

在C++中更喜欢用class来代替。
 

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：


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


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::

 成员变量命名规则的建议：

定义一个时间类：

class Data{
public:
	void Init(int year, int month, int day){
		year = year; 
	    month = month;
		day = day;
	}
private:
	int year;
	int month;
	int day;
};

 如果是如上定义后，分不清year到底是成员变量，还是函数形参？

推荐如下定义（只是推荐）：

class Data{
public:
	void Init(int year, int month, int day){
		_year = year; 
	    _month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

 这里推荐：《高质量C++ C编程指南及编码规范》；

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】

  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) 

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

注意：访问限定符限定的是类外对类的访问权限，类内私有也可以访问；
 

  C++中struct和class的区别是什么？

 这里我们引用上文定义类的代码：

typedef int DataType;
struct Stack
{
	void Init(size_t capacity)
	{
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType)* capacity);
		if (nullptr == _array)
		{
			perror("malloc fail");
			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;
};
typedef struct Queue{
	//...
}Q;
void QueueInit(){}
void QueuePush(){}

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

struct定义类，这时候也没加访问限定符，编译运行成功，所以默认应该是公有，当我们用class定义这个类呢？ 

 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，后面介绍。

 思考：在C语言中，变量一般先定义后使用，而C++的类当中（如上述代码中），为什么变量可以定义在下面？

因为C++中，会把类看做一个整体，会在类里搜索；C语言为了效率，只会向上搜索，所以要求先定义后使用； 

ps：这里只是简单理解一下； 

封装
 

 面向对象的三大特性：封装、继承、多态

 ps：面向对象的特性不止三个；

 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。
 

在学习C语言的时候，我们一般声明和定义分离，这样可以方便我们阅读代码。

在Stack.h的头文件中定义如下代码：

#pragma once

class Stack{
public:
	void Init(size_t capacity);
	void Push(const int& data);
private:
	int *a;
	int top;
	int capacity;
};
class Queue{
public:
	void Init(size_t capacity);
	void Push(const int& data);
private:
	//...
};

在Stack.cpp中定义如下代码：

#include"Stack.h"
void Init(size_t capacity)
{
		//
}
void Push(const int& data)
{
			// 扩容
}		
void Init(size_t capacity)
{
	//
}
void Push(const int& data)
{
	// 扩容
}

 我们编译器怎么知道那个是那个类定义的函数啊？

#include"Stack.h"
void Stack::Init(size_t capacity)
{
		//
}
void Stack::Push(const int& data)
{
			// 扩容
}		
void Queue::Init(size_t capacity)
{
	//
}
void  Queue::Push(const int& data)
{
	// 扩容
}

这样我们就能知道类域了，知道是那个类了； 

 

类的实例化
 

思考：我们知道，在类的作用域叫类域，所以我这样访问可以不？

 ps：::作用域运算符  我们在访问命名空间时也见到过

 看到编译器标红了，不可以，又或者说你这个是私有，类外没有访问权限；but：

 

 C++是继承C语言的，在这里面只是声明，这是没有空间呢，类是一个类型，我们必须创建一个对象才可以访问；

用类类型创建对象的过程，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，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。
  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。

 

类对象模型
 

如何计算类对象的大小
 

 思考：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？

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

 注意：这里也符合内存对齐：

我们先复习对齐规则：

  1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
  2. 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。
  3. 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
  4. VS中默认的值为8
  5. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。
  6. 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。 

【面试题】：

  1. 结构体怎么对齐？ 为什么要进行内存对齐？
  2. 如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐？能否按照3、4、5即任意字节对齐？
  3. 什么是大小端？如何测试某台机器是大端还是小端，有没有遇到过要考虑大小端的场景

ps：死去的回忆向我招手 

 

 在某些编译器中没有默认对齐数的，例如：gcc；VS中默认是8，当结构体不合适的时候，我们可以自己修改默认对齐数的；

#pragma pack(8)//设置默认对齐数为8
#pragma pack()//回复默认对齐数

 猜想一下：首先函数存储应该是存放地址，地址在当前平台为4个字节，char是一个字节，进行内存对齐为8个字节；

 诶？？

类对象的存储方式猜测
 

  • 对象中包含类的各个成员

 缺陷：每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一份函数，如果按照此种方式存储，当一
个类创建多个对象时，每个对象中都会保存一份代码，相同代码保存多次，浪费空间。那么
如何解决呢？

  • 代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址
  • 只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

 

总和来看第三种方案比较好； 所以我们是使用的第三种方法；

思考：空类的大小是多少？

 这个1字节，是占位，不存储有效数据，标识对象存在，如果用空类定义对象，不分空间会很难办；

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。

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; // 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;
}

思考： 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（上述中讲类中定义函数是存储在公共代码区的），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。

运行的时候编译器会处理：

//Print(&d1);
//Print(&d2);
//我们可以在类中使用this
void Print(Date* this)
{
		cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" << this->_day << endl;
}

这是编译器的工作，我们不能抢活干，但是我们可以在类中用this指针 。

 像在类的实例化中那样访问函数为什么不行呢？(成员变量是声明，那么函数是定义)

你这样访问没有对象，编译器不知道你到底是用谁访问； 

this指针的特性
 

  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。只能在“成员函数”的内部使用
  2. 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。
  3. this指针是“成员函数”的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

 

【面试题】：

 1、this指针存在哪里？

在上述特性中讲到，this指针是“成员函数”的一个隐含的指针形参，是存在栈帧里面；（vs下使用了ecx寄存器传递）

2、this指针可以为空吗？
   1、程序编译运行结果是？ 

class A {
public:
void Print()
{
    cout << "Print()" << endl;
}
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->Print();
    return 0;
}

运行正常，函数存储在公共代码区，这里只是把空指针传递过去，不发生解引用； 

 2、程序编译运行结果是？ 
 


class A
{
public:
    void PrintA()
    {
        cout<<_a<<endl;
    }
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->PrintA();
    return 0;
}

函数中要访问对象成员变量，传递为空，发生空指针解引用，运行崩溃； 

 总结

第一阶段我们已经打完，Boos进入第二形态，之后我们继续努力，下次见！

 

 

相关文章：

  • 【已解决】利用 Java 多线程并发编程处理数据的实践记录
  • Roson的Qt之旅 #125 QNetworkCookie（网络Cookie）
  • SpringMVC入门案例的步骤
  • 【云原生 | 33】Docker快速部署主流编程语言C/C++
  • 集合和数组之间的相互转换
  • AtCoder Beginner Contest 271 C Manga（贪心 set 注意事项）
  • 导入项目后无法识别Controller、RequestMapping注解
  • 漫水填充算法填充图案 (C++)
  • Python-入门-流程控制(八)
  • 对于指针的基本了解
  • 基于BiGRU-Attention网络的 新型冠状病毒肺炎疫情预测学习记录
  • 生成对抗网络
  • C++【算法】【动态规划问题】
  • Flink中Table Api和SQL（二）
  • hook函数之useEffect的使用——自定义hook函数网络请求——
  • 10个确保微服务与容器安全的最佳实践
  • Android路由框架AnnoRouter：使用Java接口来定义路由跳转
  • angular学习第一篇-----环境搭建
  • idea + plantuml 画流程图
  • Java 多线程编程之：notify 和 wait 用法
  • javascript面向对象之创建对象
  • JAVA并发编程--1.基础概念
  • mac修复ab及siege安装
  • Mocha测试初探
  • RxJS: 简单入门
  • Theano - 导数
  • vue：响应原理
  • 安装python包到指定虚拟环境
  • 分享一个自己写的基于canvas的原生js图片爆炸插件
  • 给新手的新浪微博 SDK 集成教程【一】
  • 工作手记之html2canvas使用概述
  • 规范化安全开发 KOA 手脚架
  • 聊聊hikari连接池的leakDetectionThreshold
  • 前端自动化解决方案
  • 前言-如何学习区块链
  • 浅谈JavaScript的面向对象和它的封装、继承、多态
  • 入门级的git使用指北
  • 算法-插入排序
  • 提醒我喝水chrome插件开发指南
  • 一、python与pycharm的安装
  • “十年磨一剑”--有赞的HBase平台实践和应用之路 ...
  • Unity3D - 异步加载游戏场景与异步加载游戏资源进度条 ...
  • ​LeetCode解法汇总2583. 二叉树中的第 K 大层和
  • ​queue --- 一个同步的队列类​
  • $(document).ready(function(){}), $().ready(function(){})和$(function(){})三者区别
  • （2）STL算法之元素计数
  • （8）STL算法之替换
  • （aiohttp-asyncio-FFmpeg-Docker-SRS）实现异步摄像头转码服务器
  • (Python第六天)文件处理
  • （仿QQ聊天消息列表加载）wp7 listbox 列表项逐一加载的一种实现方式，以及加入渐显动画...
  • （九）信息融合方式简介
  • （四）七种元启发算法（DBO、LO、SWO、COA、LSO、KOA、GRO）求解无人机路径规划MATLAB
  • (原創) 如何動態建立二維陣列(多維陣列)? (.NET) (C#)
  • (转)程序员疫苗：代码注入
  • **CI中自动类加载的用法总结