C++初阶-类和对象上

2022-11-30 12:44:27 浏览数 (1)

C 类和对象起点之章

  • 一、前言
  • 二、面向过程/对象区别
  • 三、类的引入
  • 四、类的定义
  • 五、类的访问限定符及封装
    • 1、访问限定符
    • 2、封装
  • 六、类的作用域
  • 七、类的实例化
  • 八、类对象模型
    • 1、类对象的大小计算
    • 2、结构体内存对齐规则
  • 九、this指针
    • 1、this指针引入
    • 2、this指针的特性
    • 3、相关面试题

一、前言

  • 主要讲解点：

本章将开启C 类和对象的学习和讲解，这里是起点之章，为之后的深入掌握类和对象打基础

二、面向过程/对象区别

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。

  • 示例：网上购物系统

面向过程：下单，接单，邮递

面向对象：卖家，买家，快递公司之间的交互以及关系

三、类的引入

C语言中，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

  • 示例：
代码语言：javascript复制
struct Student
{
//类型成员函数
//初始化学生信息
	void SetStudentInfo(const char* name, const char* gender, int age)
	{
		strcpy(_name, name);
		strcpy(_gender, gender);
		_age = age;
	}
//打印学生信息
	void PrintStudentInfo()
	{
		cout << _name << " " << _gender << " " << _age << endl;
	}
//类型成员变量
	char _name[20];
	char _gender[3];
	int _age;
};
  • 注意：

struct与class在C 中都可以定义类，在本质上没有任何区别，只是在默认成员访问权限上有区别，C 中更倾向于使用class来定义类

四、类的定义

  • 基本语法：
代码语言：javascript复制
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
  • 说明：

  1. 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
  2. 类中的元素称为类的成员：类中的数据称为类的属性或者成员变量; 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：
  • 方式1：声明和定义全部放在类体中

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（内联函数虽然高效，但并不是所有函数都适合设成内联函数）

  • 方式2：声明定义分离

注意：对于内联函数定义和声明分离时，只能其中一个加inline修饰，都加则会报错，都不加则不为内联函数

注：一般情况下，更期望采用第二种方式 （便于后期查看和维护，也便于内联函数定义的控制）

五、类的访问限定符及封装

1、访问限定符

  • C 封装方式：

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

  • 分类：
  1. public(公有)：

修饰的成员在类外可以直接被访问

  1. protected(保护)/private(私有):

修饰的成员在类外不能直接被访问(此处protected和private是类似的)

  • 说明：

  1. 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
  2. class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct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

2、封装

  • 概念：

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：

对于类，在使用某些类数据和方法，我们不想给别人看到的或则非法修改，所以使用protected/private把成员封装起来，开放一些公有的成员函数对成员合理的访问，进行有效管理数据等

六、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，需要使用 :: 作用域解析符指明成员属于哪个类域

  • 示例：
代码语言：javascript复制
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;
}

七、类的实例化

  • 概念：

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

  • 说明：

  1. 类就像一个模型，限定了类有哪些成员（类型和方法）
  2. 定义出类只是相当于一种承诺，并不会分配实际的内存空间来存储成员
  3. 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（对于成员函数会存在于代码段中，由多个对象共同使用）
  • 举例：

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

  • 示图：

八、类对象模型

1、类对象的大小计算

  • 存储规则

只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

  • 说明：

每个对象中成员变量是不同的，所以不能同时使用一份成员变量，但是一份成员函数可以被多个对象调用，并且不影响其他对象数据储存

  • 示图：
  • 示例代码：
代码语言：javascript复制
// 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()
{
	A1 a1;
	A2 a2;
	A3 a3;
	cout << sizeof(a1) << " " << sizeof(a2) << " " << sizeof(a3) << endl;
	cout << sizeof(A1) << " " << sizeof(A2) << " " << sizeof(A3) << endl;
	return 0;
}
  • 解释：

  1. 类对象计算的是成员变量的大小，如果没有成员变量，为了能便于找到实例化的对象的地址，会使用1byte大小来做为类对象的占位符，不表示实际占用空间

  1. 虽然类是一种承诺，只是规划了成员，而sizeof是预测大小不会实际去计算，所以也能求类的大小（我的理解）

2、结构体内存对齐规则

  • 概念：

对于类对象大小的计算，计算的是成员变量的大小，也需要满足结构体内存对齐的规则（便于提高读取效率）

  • 对齐规则：

  1. 第一个成员在与结构体偏移量为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. 结构体总大小为：最大对齐数（所有变量类型最大者与默认对齐参数取最小）的整数倍
  4. 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
  • 注意：

  1. 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值
  2. VS中默认的对齐数为8 ,linux默认对齐数是4
  • 相关面试题：为什么要进行内存对齐？

  1. 平台移植性：

不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

  1. 读取效率：

数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。 原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问

九、this指针

1、this指针引入

  • 引入背景：

对于对象调用成员函数，函数需要区分不同对象找到对象自身进行操作，由此引入this指针

  • 具体操作：

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

  • 示例：以Date类为例
代码语言：javascript复制
class Date
{
public :
	void Display ()//等同于void Display (Date*this)
	{
		cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <<endl;
	}
	void SetDate(int year , int month , int day)//等同于void SetDate(Date*this, int year , int month , int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private :
	int _year ; // 年
	int _month ; // 月
	int _day ; // 日
};
int main()
{
	Date d1, d2;
	d1.SetDate(2018,5,1);//等同于d1.SetDate(&d1,2018,5,1)
	d2.SetDate(2018,7,1);//等同于d2.SetDate(&d2,2018,7,1)
	d1.Display();//d1.Display(&d1)
	d2.Display();//d2.Display(&d2)
	return 0;
}

2、this指针的特性

  1. this指针的类型：类类型* const
  2. 只能在“成员函数”的内部使用
  3. this指针本质上其实是一个成员函数的形参，是对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this形参
  4. his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

3、相关面试题

  1. this指针存在哪里？

其实编译器在生成程序时加入了获取对象首地址的相关代码。并把获取的首地址存放在了寄存器ECX中(VC 编译器是放在ECX中，其它编译器有可能不同)。也就是成员函数的其它参数正常都是存放在栈中。而this指针参数则是存放在寄存器中。类的静态成员函数因为没有this指针这个参数，所以类的静态成员函数也就无法调用类的非静态成员变量

  1. this指针可以为空吗？

可以为空，当我们在调用函数的时候，如果函数内部并不需要使用到this,也就是不需要通过this指向当前对象并对其进行操作时才可以为空(当我们在其中什么都不放或者在里面随便打印一个符串)，如果调用的函数需要指向当前对象，并进行操作，则会发生错误（空指针引用）就跟C中一样不能进行空指针的引用

3.一道代码例题

代码语言：javascript复制
class A
{
public:
	void PrintA()
	{
		cout << _a << endl;
	}
	void Show()
	{
		cout << "Show()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* p = nullptr;
    p->PrintA();
	p->Show();
}
  • 问1：上面程序能编译通过吗？

会，能正常编译通过

  • 问2：:上面程序会崩溃吗？在哪里崩溃？

会在调用Print成员函数时崩溃，因为此时的this是空指针，当使用成员函数操作对象成员变量时，需要对指针进行解引用操作，而对空指针解引用操作会崩溃

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