类和对象（上）

一、面向过程和面向对象初步认识

C语言：面向过程。关注的是过程，分析求解问题的步骤，通过调用函数调用逐步解决问题。

这里我们举个例子：我们平时洗衣服的时候关注流程时就是面向过程。

C++：面向对象。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。

还是洗衣服这个例子：关注对象时就是面向对象。

二、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

typedef int DataType;
struct Stack
{
    void Init(size_t capacity)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (nullptr == _array)
{
    perror("malloc申请空间失败");
    return;
}
    _capacity = capacity;
    _size = 0;
}
void Push(const DataType& data)
{
    // 扩容
    _array[_size] = data;
    ++_size;
}
DataType Top()
{
 
    return _array[_size - 1];
}
void Destroy()
{
    if (_array)
    {
    free(_array);
    _array = nullptr;
    _capacity = 0;
    _size = 0;
    }
}
    DataType* _array;
    size_t _capacity;
    size_t _size;
};
int main()
{
    Stack s;
    s.Init(10);
    s.Push(1);
    s.Push(2);
    s.Push(3);
    cout << s.Top() << endl;
    s.Destroy();
    return 0;
}

三、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。

class Person
{
public:
    //显示基本信息
    void showlnfo()
    {
        cout<<_name<<"-"<<_sex<<"-"<<_age<
    }
public:
    char*_name;
    char*_sex;
    int _age;
};    

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::

class Person
{
public:
    //显示基本信息
    void showlnfo();
public:
    char*_name;
    char*_sex;
    int _age;
}; 

#include"Person.h"
//显示基本信息，实现：输出名字、性别、年龄
void Person::showlnfo()
{
    cout<<_name<<"-"<<_sex<<"-"<<_age<
}

一般情况下，更期望采用第二种方式。注意：上课为了方便演示使用方式一定义类，大家后序工作中尽量使用第二种。

四、类的访问限定符及封装

4.1、类的访问限定符

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

4.2、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，让用户更方便使用类。
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。

五、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;
}

六、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;
}

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

七、类对象模型

7.1、计算类对象的大小

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

C++标准规定类的大小不为0，空类的大小为1，当类不包含虚函数和非静态数据成员时，其对象大小也为1。 如果在类中声明了虚函数（不管是1个还是多个），那么在实例化对象时，编译器会自动在对象里安插一个指针指向虚函数表VTable，在32位机器上，一个对象会增加4个字节来存储此指针，它是实现面向对象中多态的关键。而虚函数本身和其他成员函数一样，是不占用对象的空间的。

空类：

大小为1，不存储数据，而是为了占位。

class Student
{
 
};

这里的计算法则和结构体的计算法则是一样的。不同点是，在类中有函数。普通函数或静态普通函数，都存储在栈中，不被sizeof计算在内；

我们来回顾下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
 

八、this指针

8.1、this指针的引出

我们先来看下一日期类

class Date
{
public:
    void Init(int year, int month, int day)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
    void Print()
    {
        cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <
    }
 
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;
}

对于上面的代码，有这么一个问题：

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。

8.2、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。
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

5.this存在栈区中     因为他是隐含形参/  vs下面是通过ecx寄存器

8.3、this指针的用途

（1）当形参和成员变量名相同时，可用this指针来区分。

（2）在类的非静态成员函数中返回对象本身，即使用*this。

8.4、this指针相关问题

#include
using namespace std;
class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		cout << this << endl;
		this->_year = year;
		this->_month = month;
		this->_day = day;
	}
	void func()
	{
		cout << this << endl;
		cout << "func()" << endl;
	}
 
 
private:
	int _year, _month, _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	Date d2;
	d1.Init(2023, 10, 9);
	d2.Init(2023, 10, 9);
 
	Date* ptr = nullptr;
 
	//ptr->Init(2023, 10, 9);   //运行崩溃
	//自定义结构，第一个参数是this指针，指向被指向的那个参数
	//这里会崩溃的原因是this指向了空指针nullptr
 
	ptr->func();
	(*ptr).func();
	return 0;
}

这里的 ptr->Init(2023, 10, 9)会运行崩溃

因为这里this指向了ptr,ptr指针为nullptr，所以会报错。

我们注释掉这行代码，结果是正确的

图中第一行和第二行分别是this指针指向d1和d2的地址

3，4行和5，6行时调用func函数中的内容