C++初阶——类和对象

呀哈喽，我是结衣
C++入门之后，我们就进入了C++的初阶的学习了，在了解类和对象之前，我们还是先了解，面向过程和面向对象的初步认识。
在本篇博客中，我们要讲的内容有

1.面向过程和面向对象初步认识
2.类的引入
3.类的定义
4.类的访问限定符及封装
5.类的作用域
6.类的实例化
7.类的对象大小的计算
8.类成员函数的this指针

1.面向过程和面向对象的初步认识

我们都知道，C语言是面向过程的，关注的过程，分析求解问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题。
我们用洗衣服来比喻这个过程的话，过程就是拿个盆字->放水->放衣服->放洗衣服->手搓->换水->放洗衣服->手搓->拧干->晾衣服。有没有画面感，以前洗衣服就是这个样子的吧。
今天我们用的C++是面向对象的，就相当与洗衣机我们只要放入衣服和洗衣粉启动洗衣机就可以了，洗衣机会帮我们把其他的步骤给做了。涉及的对象只要人，衣服，洗衣机，洗衣粉。
在这里插入图片描述

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。
先拿C语言来说，在C语言了我们写栈的声明是这样的

typedef int STdatatype;
typedef struct Stack
{STdatatype* a;int top;int capacity;
}stack;
//函数声明
void StackInit(stack* ps);
void StackDestroy(stack* ps);
void StackPush(stack* ps, STdatatype x);
void StackPop(stack* ps);
// 获取栈顶元素 
STdatatype StackTop(stack* ps);
// 获取栈中有效元素个数 
int StackSize(stack* ps);
// 检测栈是否为空，如果为空返回非零结果，如果不为空返回0 
int StackEmpty(stack* ps);

但是现在C++我们可以把它写在struct里面，然后还能写函数的实现。
就像这样:

struct stack
{void init(int capacity){//初始化_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);if (_a == nullptr){perror("malloc fail");exit(-1);}_size = 0;_capcacity = capacity;}void push(int x){//判断空间是否足够。//..._a[_size++] = x;}int* _a;int _size;int _capcacity;
};

这里我偷了个懒啊，没有补全。但是没有关系，我们要讲的东西还是可以讲的，因为我们是在结构体内定义的函数，所以函数命名就不用加前缀stack了，我们先来讲怎么调用结构体里的函数。

int main()
{stack s;s.init(4);s.push(1);s.push(2);return 0;
}

定义一个结构体的类型，再用它的名字就可以调用了。
但是在C++里面我们更喜欢用class来定义结构体，就像这样：

class classname
{
//成员函数和成员变量
};

2.类的定义

class classname
{
//成员函数和成员变量
};

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。
下面我们来讲解，类的两种定义方式。大家一定要仔细听哦~
第一类
我们把声明和定义全部放在类体当中，就是我们前面写到的那种。这种写法我不推荐哦，因为在这种写法下，编译器可能会将其当成内联函数来处理，内联函数也是有些缺点的，具体参考我的上一篇博客（C++入门下）。
在这里插入图片描述
第二类
第二类就是分开些咯，在.h里面写函数的声明，在.cpp文件里写函数的实现，但是我们要注意的是在成员函数名前要加类名
在这里插入图片描述
一般情况下，更期望采用第二种方式。但是为了下面我的书写方便，我在写博客的时候会按照第一种方法来写，在私下里大家还是要按照第二种方法来写哦。

3.成员函数命名规则

在讲这个之前，我们先来写一段的代码。

#include <iostream>
class data
{
public:void init(int year,int month,int day){_year = year;_month = month;_day = day;}private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{data d;return 0;
}

在这个代码里面，你可能会疑惑，为什么year前面要加_变成_year。还有就是public，private，可能还有为什么_year,_month,__day可以直接的用不像以前，我们还要用pd->_year这样的（这个其实是this指针，具体我们会在下面几个标题后讲）。为什么要加这两个英文单词。
我们先来讲第一个吧
我们在前面加个_是为了和初始化中的year来区分的，如果你看到这个代码

void init(int year,int month,int day){year = year;month = month;day = day;}

相信你一定会很气愤，这写的什么东西啊。你可能会说，我们直接把year改成y不就可以了吗？道理是没错，但是这样的话不就又引起了新的问题吗，表意不清楚，你知道y是year的意思，可是别人可不一定知道，虽然有些牵强但是呢，道理就是这个道理。我们家加个_也可以很好的避免这个问题，单词的意思还很清楚。
讲我第一个问题我们来讲第二个问题，这个问题也叫做类的访问限定符

4.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。
在这里插入图片描述
【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
  3. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
  4. 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

封装

我们用类进行封装
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。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。

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。

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;
}

这就像我们前面讲到的命名空间啦。用法类似。

6.类的示例化

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。
类就像谜语一样，对谜底来进行描述，谜底就是谜语的一个实例。
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（只有实例化的对象才有空间，如果我们没有进行初始化是没有空间的，但是编译器会给他分配大小为1的空间)
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.类对象模型

如何计算类对象的大小

C语言阶段大家计算过机构体的大小吗？在计算结构体大小的时候我们用到了内存对齐。但是C语言阶段是struct里面可没有函数啊。在类里面我们不仅有成员变量，还要成员函数。那么问题来了怎么计算呢？
可能你的脑中已经有多种猜测了，我们直接讲答案咯
只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码片段
所以计算类的大小像在C语言里面那样计算成员变量就可以了，就是注意内存对齐的问题。
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。
可能有些小伙伴并不了解，计算机中内存对齐的规则。行吧，我们就稍微介绍一下吧，不是就一点点哦：

结构体内存对齐规则

  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。 注意：对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。 VS中默认的对齐数为8
  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。

8.this指针

来到this指针我们就可以来解决上面遗留的一个问题了。我们先把上面的代码cv下来：

#include <iostream>
using namespace std;
class Data
{
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()
{Data d1,d2;d1.init(2023, 12, 23);d1.print();d2.init(1, 1, 1);d2.print();return 0;
}

说是cv还是写来了些内容啊。
在这里插入图片描述

在这里你可能会疑惑，为什么_year和其他成员变量直接就可以用，不用pd->_year这样。答案就是其实就是像前面写到那样，用一个指针指向，但是这里的指针隐藏起来了。
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。

this指针的特点

  1. this指针的类型：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。
  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

要注意的是这个this指针你是不能写在函数的是形参里的，就像这样

void print(Data*this)

这样是不行的，但是你可以写在里面就像这样：

void print(){cout << this->_year << '/' << this->_month << '/' << this->_day << endl;}

你学会了吗？

完
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