【与C++的邂逅】--- 类和对象(上)

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(๑•́ ₃ •̀๑) 文章专栏：     与C++的邂逅

本篇博客将讲解C++中的类和对象，C++是面向对象的语言，面向对象三大特性是封装,继承,多态。学习类和对象，我们可以很好的认识到封装这一层。

本篇内容思维导图：

🏠 面向过程和面向对象初步认识

1. 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。面向对象即将一件事分为好几个过程。
2. 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。面向对象即关注对象以及对象之间的互动。

   上图中总共有 四个对象:人，衣服，洗衣粉，洗衣机。
   整个洗衣服过程主要是: 人,衣服、洗衣粉、洗衣机四个对象之间交互完成的,人不需要关
   新洗衣机具体是如何洗衣服的,是如何甩干的。

🏠 类的引入

typedef int DataType;
struct Stack
{DataType Top(){return _array[_size - 1];}DataType* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};

C++中的struct与C语言中的不同：

• C++中struct兼容了C语言中struct的用法，但同时将它升级成了类。
• struct在C++中可以定义变量(成员变量),也可以定义函数(成员函数)，且定义的函数不需要传参就可以使用在struct中定义的变量。
• 升级之后的类可以直接用struct名称来代表类型。一个类对应一个自定义类型，那么他就可以创建出N个变量，也就是能实例化出N个对象。

struct ListNode
{int _data;
}struct List
{ListNode* next; //兼容之前struct
}int main()
{struct List l1; List l2; //直接用struct名称定义对象 return 0;
}

但是上面结构体的定义，C++中还是喜欢用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为定义类的限定符，className为类名，{ }中为类的主体，注意定义类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。

📌 成员变量命名规则的建议：

class Date
{
public:void Init(int year){// 这里的year到底是成员变量，还是函数形参？year = year;}
private:int year;
};

这段代码是可以正常编译的，但是定义的成员变量不能初始化成功，因为编译器不知道这里的year到底是成员变量还是函数形参。我们建议将成员变量采用一些前缀命名来以示区分。

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;
};

📌 类的两种定义方式：

• 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。

class Person
{public:
//显示基本信息
void showlnfo()
{cout <<_name<< "-" <<_sex << "-" << _age << endl;
}public:char* _name;char* _sex;int _age;
}；

// Person.cpp
class Person
{public:
//显示基本信息
void showlnfo(); //声明
public:char* _name;char* _sex;int _age;
}；//Person.h
void Person::showlnfo()
{cout <<_name<< "-" <<_sex << "-" << _age << endl;
}

在这里类形成了一个类域，在.h文件时，先局部域再全局域搜索showlnfo，此时两个域都没有找到这个函数，因此只有指定类域在类域里面找才能找到。

🏠 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。

• 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(此处protected和private是类似的).

class A
{
public:void f(){cout << "f()" << endl; }
private:int _a;
}int main()
{A aa;aa.f(); //成员函数是公有可以在类外直接访问cout << aa._a << endl; //错误 成员函数是私有在类外不能直接访问。return 0;
}

class A
{
public:void print(){cout << _a << endl; }
private:int _a;
}int main()
{A aa;cout << aa._a << endl;return 0;
}

class A
{int _a; //此时a是被private修饰的
}struct B
{int _b; //此时b是被public修饰的
}

class Date
{//默认就是private 此时Init在类外不能直接访问void Init(int year){_year = year;}
public:void func() //此时public作用域从它出现位置到private{}private:int _year;
};

• C++类中常将成员变量的访问权限设置为private，成员函数设置为public，此时成员变量经过封装只能通过公共渠道也就是成员函数访问，保证了数据的安全性。
• 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,在语法层上限制你对成员的使用而不是影响成员所在位置。

📌 封装

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。在类这里，将数据和方法放进类里这是第一层封装；类里面又使用了访问限定符这是第二层封装。

例子：比如西安的景点兵马俑并不是随意让游客触摸的，是有着一定保护的，如果没有保护就相当于是C语言结构体成员直接放开，用围栏围住相当于是将兵马俑(成员)保护起来，方便进行管理。

• 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。类域是为了防止类域中与其他域同名成员产生冲突。

class Person
{
public:void PrintPersonInfo();
private:char _name[20];char _gender[3];int  _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{cout << _name << " "<< _gender << " " << _age << endl;
}

🏠 类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化.

🏠 类的对象模型

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？

📌 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。

• 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

// 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
{};int main()
{cout << sizeof(A1) << endl;cout << sizeof(A2) << endl;cout << sizeof(A3) << endl;return 0;
}

class A1
{
public:char _c;int _a; 
};//对齐到8class A2
{
public:long long _l; //8A1 _aa;//_aa最大对齐数为最大成员也就是int的对齐数，大小是这个类大小
};int main()
{cout << sizeof(A1) << endl; //8cout << sizeof(A2); //16return 0;
}

🏠 类成员函数的this指针

📌 this指针的引入

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;
}

对于上述这样的一个日期类,用Date类实例化出来d1和d2两个对象,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指针来解决这个问题.

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指针的特性

• this指针的类型时 类类型 * const,即this指针不能被赋值,但是能被强转.

class A1
{
public:void Print(){//this = nullptr;  //不能被赋值cout << typeid(this).name() << endl;//cout <<(A1*)this->_a << endl;cout << typeid((A1*)this).name();}char _c;int _a; 
};

• this指针只能在“成员函数”的内部使用.
• this指针本质是"成员函数"的形参,当对象调用成员函数时,会将对象的地址作为实参传给this形参,this指针在形参和实参不能显示写由编译器处理.

 void Print(){cout << _a << endl;}//编译器处理
void Print(Date* const this)
{cout << this->_a <<endl;
}

• 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.

  // 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
  class A
  {
  public:void Print(){cout << "Print()" << endl;}
  private:int _a;
  };
  int main()
  {A* p = nullptr;p->Print();return 0;
  }// 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
  class A
  { 
  public:void PrintA() {cout<<_a<<endl;}
  private:int _a;
  };
  int main()
  {A* p = nullptr;p->PrintA();return 0;
  }

  对于上面这两段代码,都是将A类型指针赋值为nullptr,当p->PrintA时,并不是解引用空指针,本质是将nullptr传递给成员函数的形参this指针,而且成员函数并未存在对象里，,所以对于代码一能正常运行；对于代码二访问了this指针指向内容此时是空指针解引用因此会崩溃.值得注意的是,如果解引用空指针并不会编译报错,因为不是语法层的错误.

  

  我们从汇编层就可以看到问题所在。

  【面试题】 

  1. this 指针存在哪里？

  this指针本质是成员函数的形参，我们知道函数形参是存在栈的，因此this指针存在栈区，但是有的编译器会优化直接存在ecx寄存器里面。但是注意的是，this指针不可能存在对象里，空类大小为1就可以证明。

  2. this 指针可以为空吗？

  this指针可以为空，但是注意空指针的解引用问题，而且这里是对象指针初始化为空，并不意味着接下来可以给他赋值为空。

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  本节我们初步认识了类中的成员们以及一些细节比如访问限定符，this指针等，夏姐我们将讲解有关类的默认成员函数。