C++类和对象上篇

面向过程和面向对象的初步认识

C语言是面向过程的，关注点在于过程，分析出求解问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题。
C++是面向对象的，关注点在于对象，将一件事拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成。

我们就外卖系统来看看面向过程和面向对象之间的区别：
 面向过程，我们的关注点应该是用户下单、骑手接单以及骑手送餐这三个过程，用方法解决。
 面向对象，我们的关注点就是客户、商家以及骑手这三个类对象之间的关系。

类的引入 

//struct 创建的类的成员变量和成员函数默认都是public
struct book
{

    //成员变量
    int _value;
    const char* _name;
    int _number;

    //成员函数

    void Initbook(int value,const char* name,int number)
    {
        _value = value;
        _name = name;
        _number = number;
    }
    void Print()
    {
        cout << _value << " " << _name << " " << _number << endl;
    }
};

c++中类的定义更喜欢用class定义

类的定义 

class student
{
    //类体：由成员变量和成员函数组成
}; //后面有分号

其中class为定义类的关键字，student为类的名字，{}中为类的主体，注意定义结束时加上后面的分号。
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： 

1.声明和定义全部放在类体中。需要注意：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 book 
{
private:
    int _value;
    const char* _name;
    int _number;
public:
    void Initbook(int value, const char* name, int number)
    {
        _value = value;
        _name = name;
        _number = number;
    }
    void Print()
    {
        cout << _value << " " << _name << " " << _number << endl;
    }
};

2.声明放在头文件(.h)中，定义放在源文件(.cpp)中(.cpp中定义该方法需要指定域)  

 一般在工程中推荐第二种写法。

类的访问限定符及类的封装

访问限定符

C++实现封装的方式：用类将对象的属性和方法结合在一块，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修饰的成员可以在类外直接被访问。
 2、protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问。
 3、访问权限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、class的默认访问权限为private，struct的默认访问权限为public（因为struct要兼容C）。

 A：C++需要兼容C，struct既可以作为结构体使用，也可作为类定义符，和class定义类一样，不过struct默认访问限定符是public，而class默认访问限定符是private。

类的封装

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：我们使用类将数据和方法都封装起来。不想对外开放的就用protected/private 封装起来，用 public 封装的成员允许外界对其进行合理的访问。

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。

class book
{
public:
    void showbook();
private:
    int _value;
    char* _name;
    int _number;    
};

//指定方法showbook是book类域中的

void book::showbook()
{
    cout << _value << " " << _name << " " << _number << endl;
}

类的实例化 

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化。

1.和理解结构体一样，类只是一个东西的模型，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，只有在创建类对象时才是实例化。

2.一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象将占用实际的物理空间来存储类成员变量。

3.类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就是设计图。只有实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间。

​

类对象模型

如何计算类对象的大小

类当中既有成员变量，又可以有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么？类的大小又是如何计算的呢？

class book
{
public:
    void showbook();
private:
    int _value;
    char* _name;
    int _number;    
};

int main()
{
    book b1;//类的实例化
}

猜测一：对象中包含类的各个成员

如果这样每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一份函数，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，相同的代码保存了多次，浪费空间。 

猜测二：只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

//A1类中既有成员函数又有成员变量

class A1
{
public: 
    void f1() {}
private: 
    int _a;
}; 

//A2类中只有成员函数

class A2 { 
public: 
    void f2() {} 
}; 

// A3类中什么都没有---空类 
class A3 {
};
打印结果：A1=4 A2=1 A3=1

结论：一个类的大小，实际就是该类中“成员变量”之和，当然也要进行内存对齐，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（占位）。

结构体内存对齐规则
1.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。
2.其他成员变量在对齐数的整数倍的地址处。
3.结构体的总大小为成员中最大的对齐数的整数倍。
4.如果嵌套了结构体，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。
对齐数 = 该结构体成员变量自身的大小与编译器默认的一个对齐数的较小值。

this指针

this指针的引出

我们先来定义一个日期类的Date：

class Data
{
public:
    void PrintData()
    {
        cout << _year << " " << _month << " " << _day << endl;
    }
    void InitData(int year,int month,int day)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};
 

int main()
{
    Data d1;
    Data d2;//通过Data实例化两个对象d1,d2
    d1.InitData(2022, 10, 20);
    d2.InitData(2022, 10, 21);
    d1.PrintData();
    d2.PrintData();
    return 0;
}

上述Date类中有InitData和PrintData两个成员函数，函数体中并没有关于不同对象的区分，那么当d1调用InitData函数时，该函数是如何知道要设置的是d1对象，而不是d2对象呢？

C++中通过引入this指针解决该问题：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的。只不过所有操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，而是编译器自动完成。

d1.InitData(&d1,2022, 10, 20);
d2.InitData(&d2,2022, 10, 21);
d1.PrintData(&d1);
d2.PrintData(&d2);

编译器的实际传参是这样的，不过不能通过用户自己显示传参。

编译器进行编译时，我们看到的成员函数实际上也不一样，每个成员函数的第一个形参实际上是一个隐含的this指针，该指针用于接收调用函数的对象的地址，用this指针就可以很好地访问到该对象中的成员变量

//编译时实际函数的形式,同样不允许用户自己显示传参

void PrintData(Data *const this)
 {
      cout <<this->_year << " " <<this->_month << " " <<this->_day << endl;

 }

void InitData(Data *const this, int year, int month, int day)
    {
        this->_year = year;
        this->_month = month;
        this->_day = day;
    }

this指针的特性
1、this指针的类型：类类型* const。
2、this指针只能在“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。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。

通过下面这段代码更深入的理解this指针：

#include
using namespace std;
class A
{
public:
    void PrintA()
    {
        cout << _a << endl;//访问到成员变量
    }
    void Show()
    {
        cout << "Show()" << endl;
    }
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;  
    p->Show();//第一句代码
    p->PrintA(); //第二句代码
}

 程序分别运行第一句代码和第二句代码，会是怎样的结果？

指针p是一个空指针，而第一句代码和第二句代码都通过操作符“->”，间接性的执行了对p的解引用操作，一般都会认为程序会崩溃。

其实不然，当程序执行第一句代码时，程序不会崩溃，会正常打印出字符串"Show()"，而当程序执行第二句代码时，程序才会因为内存的非法访问而崩溃。

解释：指针p确实是一个类的空指针，但当执行第一句代码时，程序并不会崩溃。第一句代码并没有对空指针p进行解引用，因为Show等成员函数地址并没有存到对象里面，成员函数的地址是存在公共代码段的。
当程序执行第二句代码时，会因为内存的非法访问而崩溃。执行第二句代码时，调用了成员函数PrintA，这里并不会产生什么错误（理由同上），但是PrintA函数中打印了成员变量_a，成员变量_a只有通过对this指针进行解引用才能访问到，而this指针此时接收的是nullptr，对空进行解引用必然会导致程序的崩溃。