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C++专栏：C++修炼内功基地
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1、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::

    一般情况下，更期望用第二种方式

成员变量命名规则的建议

// 我们看看这个函数，是不是很僵硬？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;};// 所以一般都建议这样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;};

2、类的访问限定符及封装

2.1、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

【面试题】

问题：C++中struct和class的区别是什么？

**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，后序给大

家介绍。

2.2、封装

【面试题】

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。
在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，那什么是封装呢？
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。

3、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;}

4、类的实例化

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。
  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
int main(){ Person._age = 100; // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.” return 0;}

Person类是没有空间的，只有Person类实例化出的对象才有具体的年龄。

  1. 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,类就是设计圈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

【生动形象图】

5、类对象模型


5.1、如何计算对象的大小

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

计算出的结果为1，那么为什么是1，没有算成员函数的大小吗？

5.2、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

我们再通过对下面的不同对象分别获取大小来分析看下

// 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{};

**sizeof(A1) : 4 sizeof(A2) : 1 sizeof(A3) : 1 **

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。

5.3、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

  1. 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。

  2. 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？

为什么要内存对齐：

由于硬件里面是固定是一次读取多少个字节的，假如类里面有一个char和int类型，根据内存对齐读取

那么char和int都只会访问一次，则提高效率，如果不进行内存对齐int会被读取两次，因为硬件是固定

多少个字节的。但是是有缺点的，会浪费一些空间，我们可以修改默认对齐数。

6.this指针

6.1this指针的引用

我们先来定义一个Date的类

#includeusing namespace std;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;}

对于上述类，有这样的一个问题：
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。

6.2、this指针的特性

  • 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

  • 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。

  • 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

【面试题】

  • this指针存在哪里？
  • this指针可以为空吗？

答：this指针是形参所以存在栈上

// 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;}// 2.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;}

答：第一个是正常运行，第二个是运行崩溃。因为第一个没有直接访问this指针所以可以正常运行，

但是第二个访问了成员变量，而this指针是空指针，所以运行崩溃

6.3、C语言和C++的栈对比

【C语言实现】

#include#includeusing namespace std;typedef int DataType;typedef struct Stack{DataType* array;int capacity;int size;}Stack;void StackInit(Stack* ps){assert(ps);ps->array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);if (NULL == ps->array){assert(0);return;}ps->capacity = 3;ps->size = 0;}void StackDestroy(Stack* ps){assert(ps);if (ps->array){free(ps->array);ps->array = NULL;ps->capacity = 0;ps->size = 0;}}void CheckCapacity(Stack* ps){if (ps->size == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity * 2;DataType* temp = (DataType*)realloc(ps->array,newcapacity * sizeof(DataType));if (temp == NULL){perror("realloc申请空间失败!!!");return;}ps->array = temp;ps->capacity = newcapacity;}}void StackPush(Stack* ps, DataType data){assert(ps);CheckCapacity(ps);ps->array[ps->size] = data;ps->size++;}int StackEmpty(Stack* ps){assert(ps);return 0 == ps->size;}void StackPop(Stack* ps){if (StackEmpty(ps))return;ps->size--;}DataType StackTop(Stack* ps){assert(!StackEmpty(ps));return ps->array[ps->size - 1];}int StackSize(Stack* ps){assert(ps);return ps->size;}int main(){Stack s;StackInit(&s);StackPush(&s, 1);StackPush(&s, 2);StackPush(&s, 3);StackPush(&s, 4);printf("%d\n", StackTop(&s));printf("%d\n", StackSize(&s));StackPop(&s);StackPop(&s);printf("%d\n", StackTop(&s));printf("%d\n", StackSize(&s));StackDestroy(&s);return 0;}

可以看到，在用C语言实现时，Stack相关操作函数有以下共性：
每个函数的第一个参数都是Stack*
函数中必须要对第一个参数检测，因为该参数可能会为NULL
函数中都是通过Stack* 参数操作栈的
调用时必须传递Stack结构体变量的地址
结构体中只能定义存放数据的结构，操作数据的方法不能放在结构体中，即数据和操作数据 的方式是分离开的，而且实现上相当复杂一点，涉及到大量指针操作，稍不注意可能就会出
错。

【C++实现】

#includeusing namespace std;typedef int DataType;class Stack{public:void Init(){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);if (NULL == _array){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}_capacity = 3;_size = 0;}void Push(DataType data){CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}void Pop(){if (Empty())return;_size--;}DataType Top() { return _array[_size - 1]; }int Empty() { return 0 == _size; }int Size() { return _size; }void Destroy(){if (_array){free(_array);_array = NULL;_capacity = 0;_size = 0;}}private:void CheckCapacity(){if (_size == _capacity){int newcapacity = _capacity * 2;DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *sizeof(DataType));if (temp == NULL){perror("realloc申请空间失败!!!");return;}_array = temp;_capacity = newcapacity;}}private:DataType* _array;int _capacity;int _size;};int main(){Stack s;s.Init();s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);s.Push(4);printf("%d\n", s.Top());printf("%d\n", s.Size());s.Pop();s.Pop();printf("%d\n", s.Top());printf("%d\n", s.Size());s.Destroy();return 0;}

C++中通过类可以将数据 以及 操作数据的方法进行完美结合，通过访问权限可以控制那些方法在
**类外可以被调用，即封装。*在使用时就像使用自己的成员一样，更符合人类对一件事物的认知。
而且每个方法不需要传递Stack 的参数了，编译器编译之后该参数会自动还原，即C++中 Stack参数是编译器维护的，C语言中需用用户自己维护。