【C++初阶】类和对象修炼上

爱被打了一巴掌 2024-04-03 11:33 60阅读 0赞

> 这一专题<类和对象>是C++学习者的第一道小坎,我将分为上中下三节给大家讲解
> 
> 1.  类和对象上:类和对象的引入,包括一些细碎的知识点,包括面向对象思想,类的实例化,this指针等
> 2.  类和对象中:类和对象中的六大默认成员函数中最常用的4个默认成员函数
> 3.  类和对象下:类和对象中大杂烩:日期类的实现
> 4.  类和对象大结局：包括初始化列表和友元函数等
> 
> 那么就抓紧上车吧!

#### 文章目录 ####

*  1.面向对象和面向过程
 *  2.class的引入和对象的实例化
 *  3.class对比struct
 *  4.访问限定符
 *  5.声明和定义分离
 *  6.封装
 *  7.类中成员函数的存储位置
 *  8.类/对象的大小
 *  9.隐含的this指针

## 1.面向对象和面向过程 ##

> C语言是面向过程的，关注的是**过程**，把一个事情拆分成几个步骤，**把步骤写成函数**，最后通过**调用函数**来完成。

> C++是**面向对象**的，关注的是对象，把一个事情拆分成几个对象，**抓住对象之间的关系**，最后通过**对象交互**来完成

![查看源图像][b9fd313bc9ca37cdb1fd0539c0f3e2b0.jpeg]

以洗衣服为例：

C语言是面向过程的语言，关注的是过程，把洗衣服这件事拆分成浸泡，漂洗，脱水，晾干等过程，把过程写成函数，最后调用函数来完成；![image-20221011105313929][]

C++是面向对象的语言，关注的是对象，把洗衣服这件事拆分成人，衣服，洗衣机等对象，抓住对象之间的关系，最后通过对象交互来完成。

![image-20221011105318072][]

> ps: 这里我们刚进新手村,不太理解两者区别没关系

## 2.class的引入和对象的实例化 ##

如果我们要完整的描述小明这个人,你会怎么描述呐?

1.  小明的属性:姓名,身高,体重,年龄等
2.  小明的行为:吃饭,睡觉,打豆豆等

C++就是采用class关键字来定义我们的类,乍一看是不是和我们学过的struct有一丢丢像呐,这个问题我们后面就会讲.

class classname
    {
        
    	//类体:由成员变量和成员函数组成
    };

class为定义类的关键字,classname为类名,\{\}里为类的主体,类体由成员变量和成员函数组成

类体的组成:类中的变量叫做成员变量或类的属性,类中的函数叫做成员函数或类的方法.

类只是一个类型,并不是一个实体,从类得到实体的过程就被称为类的实例化.

如果把类定义为图纸,那么类的实例化就是拿着图纸建造房子,对象就是我们建造出来的房子.

![image-20221011185933820][]

## 3.class对比struct ##

C++中的class和C语言中的struct对比：

四个角度：

1.  属性：class兼容struct中成员变量的定义
2.  方法：class中增加了成员函数的定义(struct中没有成员函数的定义)
3.  数据：class中成员变量和成员函数在同一个作用域中,成员函数可以直接访问成员变量;  
    struct中成员变量和函数不在同一个作用域中,函数不能直接访问成员变量,得传参.
4.  默认访问限定符修饰：class为了体现封装性，约束访问成员变量，将默认访问限定符修饰为私有；而struct默认使用者编程素质较高，自由访问成员变量，将默认访问限定符修饰为共有。

struct Stack
    {
        
    	//默认public共有:
    	int* a;
    	int size;
    	int capacity;
    };
    
    
    class Stack
    {
        
    	//默认private私有:
    public:
    	void Init(int capacity)
    	{
        
    		;
    	}
    private:
    	int* _a;
    	int _size;
    	int _capacity;
    };

> ps:
> 
> 1.  C++兼容C的语法,所以也是支持struct Stack来定义对象的,同时C++还支持直接使用Stack定义变量
> 2.  函数如果被定义在类中,编译器就会默认把这个成员函数定义为内联函数

## 4.访问限定符 ##

![image-20221011105525574][]

> ps: 访问限定符限制的是域外面能不能访问,在类里面,只要是共有的,无论是成员变量还是成员函数,都可以访问.

## 5.声明和定义分离 ##

先来看一个问题:下图的语法错误原因是什么?

//类只是声明
    class A
    {
    public:
    	int _a;
    };
    
    int main()
    {
    	A::_a = 1;//红色警告
    }

为什么上面的代码中A::\_a=1会报错呐?

即使成员变量使用了访问限定符public修饰,主函数中\_a使用了域作用限定符A限定,但是因为这时候的 \_a只是一种声明,声明的话就意味着此时并没有开辟空间,因此并不能存放数值1;就好比是类只是图纸,不能住人"1",只有类实例化出对象后,在房子里才能住人.

正确代码:

//类只是声明
    class A
    {
    public:
    	int _a;
    };
    
    int main()
    {
    	A a;//定义
    	a._a = 1;
    }

那么对于这个class类,我们如果要实现声明和定义分离,我们该怎么做呐?

**![image-20221011112833014][]**

> ps:
> 
> 1.  声明和定义分离:方便浏览类的结构
> 2.  域作用限定符限定:防止命名冲突
> 3.  缺省值声明和定义只在声明中写

## 6.封装 ##

C++的三大特性:封装,继承,多态  
但是C++并不只是有这几个特性,毕竟四大名著实际上有很多名著,只是这四本比较好而已.  
封装是一种管理,为了更方便管理我们的类.

**封装:隐藏属性,公开行为接口**

也就是将想给你访问成员函数的定义成私有,不想给你访问成员变量的定义成私有,将成员变量定义成私有之后,在类外你不能随意访问我们的成员变量,这样就不用担心成员变量被修改了,你要想修改成员变量的话,只有通过我提供给你的共有的成员函数来间接访问.

## 7.类中成员函数的存储位置 ##

> 首先我们得知道,类就像一张图纸,对象就是按照图纸建造出来得房子.
> 
> 同一个类实例化出来得对象,比如外卖员他们都有各自的属性信息,但是他们的行为都是一样的
> 
> 所以对于成员函数的存储位置的布局,C++中采取的是一种共享的策略.

猜测1:类实例化出来的每一个对象都存放各自的成员变量和成员函数

缺点:可以,但是没必要,当对象比较多,同一个类实例化出来的对象比较多,就会造成不必要的空间浪费,猜想不合理

![image-20221011223342794][]

猜想2:同一个类实例化出的对象都只存放各自的成员变量,成员函数放在公共代码段中

优点:节约了空间.猜想合理且成立

![image-20221011223041048][]

> ps:其实仔细一想我们也能理解,我们在C语言中写函数的目的就是为了防止重复造轮子,打印你这个数组和打印我这个数组,其实都可以只调用一个函数ArrayPrint(),只需要传入各自的数组名和数组元素个数即可打印出各自的数组(只不过在C++中这里的参数变成了隐含的this指针,后面第9点会讲)

## 8.类/对象的大小 ##

通过上面的知识点,我们已经知道:成员函数并没有存储在每一个实例化出的对象中,所以,对象/类的大小就只是包括成员变量的大小之和,当然要满足"内存对齐规则"

只是包括成员变量的话,其实就是和C语言中struct结构体中的内存对齐规则一样,这里就不多赘述;

值得一提的是空类的大小是多少呐?

class A
    {
    public:
    	void Print()
    	{
    		;
    	}
    };
    
    class B
    {
    
    };
    int main()
    {
    	A a;
    	cout << &a << endl;
    	B b;
    	cout << &b << endl;
    
    	return 0;
    }

![image-20221011224538377][]

通过打印结果我们看得出,实际上,空类的大小并不是0,这里为了避免空类实例化出来了对象,对象在取地址时出现的都为空,(在内存中没有开辟空间却定义出了变量的尴尬问题),所以C++中编译器给空类和空类实例化出的对象都给与了一个字节空间的大小.

## 9.隐含的this指针 ##

还记得第7点我们讲的类中成员函数的存储布局吗?那里我们知道了成员函数存储的位置是公共代码段,成员函数是共享使用的:

C语言中对于打印数组1和数组2,只需显式传入各自的数组名和数组大小即可打印出各自的数组.

C++中则是隐式地传入的是调用Print()函数的对象的地址,函数用隐式地用一个this指针来接收.

class Date
    {
    public:
    	void Print()
    	{
    		cout << _year << endl;
    	}
    	//隐式的接收:
    	//	void Print(const Date* this)
    	//{
    	//	cout << _year << endl;
    	//}
    private:
    	int _year;
    	int _month;
    	int _day;
    };
    
    int main()
    {
    	Date d1;
    	d1.Print();
    	//隐式的传地址:
    	//d1.Print(&d1)
    
    	Date d2;
    	d2.Print();
    	//同理
    	return 0;
    }

> ps:这里的传地址和this接收,都不能显式地写出来,但是允许在成员函数中使用,但是一般能不显式地写出this,例如:

void Print()
    	{
    		cout << this->_year << endl;
    	}

这样的话,哪个对象调用的这个成员函数,就传哪个对象的地址,这样就能实现不同的对象调用相同的成员函数,却实现了对各自的对象的成员变量进行操作.

到了这里我们来看看两个问题:

问题1:

> 在第五点的问题我们进行变式,(这里的成员函数明明是定义好了的),那么导致下面图片的语法错误的原因是什么?

![image-20221011232624233][]

实际上,这里的成员函数的确是定义好了的,但是呐,这里就是因为没有哪一个对象来调用Print()函数,所以也就没有办法传隐式的参数,从而出现了这个语法问题.

问题2:下面两个代码,运行结果是什么?![image-20221011234245684][]

> 答案是代码1正常运行,代码2运行崩溃
> 
> 或许有人说:这个p是空,p->这里不是就是错的吗?之前我们在第7点已经给大家讲过,成员函数不是存放在对象中,而是存放在了公共代码段中,不是你的,肯定不在你那里找喽,p->Print()只是传递了p的地址.同时在成员函数内部的this接收到的都是nullptr,所以代码2在打印\_a的时候实际是this-> \_a,也就是\*nullptr-> \_a,就出现了对空指针解引用的问题,所以运行崩溃了,而代码1只是打印的一个常量字符串,所以能正常运行.

**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。
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。

1.  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

> 其实:我们细想一下,我们在学C语言的时候,对于传参,我们一般都是选择传一个变量(比如栈或数组)的地址,在C++中,为了解决这样一个规律性的东西就设计出了this指针.

[b9fd313bc9ca37cdb1fd0539c0f3e2b0.jpeg]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/ec519f816b894b4a9635f6444c373d16.jpeg
[image-20221011105313929]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/813c0e2d3ada4cc2aa192eff06414997.png
[image-20221011105318072]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/5f906e5feb1c41d68b22750db5e82683.png
[image-20221011185933820]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/b32e9821c2d548bb9314dfd24353cd7d.png
[image-20221011105525574]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/59afa012a6654413bc042332916e9cea.png
[image-20221011112833014]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/87973ef0b0ac4a44b80732040bdc44ff.png
[image-20221011223342794]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/570404caaf0e47a888bf60c600911704.png
[image-20221011223041048]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/3d090926f6df442d9d81e887ad510109.png
[image-20221011224538377]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/f92973bad2ce4b1aada39ed50b901418.png
[image-20221011232624233]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/35cbf3976f2f4f189549ffc70bd43d21.png
[image-20221011234245684]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/03/1b5a5494c31c4bbf9e7bf9b83751105b.png