C++类与对象(lesson1)

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

        类定义了一个新的作用域，类中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他；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内容。

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如何计算类对象的大小

class A
{
public:
	void PrintA()
	{
		cout << _a << endl;
	}
private:
	char _a;
};
int main()
{
	A aa1;
	A aa2;
	cout << sizeof(A) << endl;
	cout << sizeof(aa1) << endl;
	cout << sizeof(aa2) << endl;
 
	return 0;
}

我们来看一下，这个类中既有成员变量，也有成员函数，那么一个类中的对象中包含了什么？是每个类的对象中都有成员变量和成员函数吗？我们如何计算一个类的大小？

说明：类的计算方式是遵循C语言中计算结构体大小内存对齐的原则：

1.第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处

2.其他成员变量要对齐到某个数字(对齐数)的整数倍的地址处

3.对齐数==编译器默认的一个对齐数(看编译器)与该成员大小的较小值--vs默认量是8

4.结构体总大小为最大对齐数(每个成员变量都有一个对齐数)的整数倍

5.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对齐数(含嵌套结构体的对齐数)的整数倍。

按照这个原则的话，按照类中存储成员函数地址(函数指针)算作4个字节，那么这个类的大小是否就是8呢？类对象的大小是否也是8呢？

 我们发现，无论是这个类的大小还是类创建的对象的大小都是1，那么类对象的存储方式到底是什么呢？

7.2类对象的存储方式猜测

我们来设想一下，站在设计C++的角度，也就是祖师爷的角度，给出了三种方案：

①对象中包含类的各个成员

 我们来看一下这种设计方式，它很明显有很大的缺陷，如果每个对象都像类型一样把类中的成员变量和方法全部存下来，那么也太过浪费空间，比如说：虽然每个对象中成员变量是不同的，但是当调用同一份函数，如果按照此种方式存储，当一个类创建多个对象，每个对象中都会保存一份代码，相同的代码保存多次，浪费空间。显然这种方式比较低效。

②代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址

③只保存成员变量，成员函数存放在公共代码段

 第一种方式显然不好，那么第二种和第三种方式哪个好呢？可能有的读者选择第二种，我们让类对象存储函数的地址，把类成员函数存放在一个函数表，当调用的时候我们按照这个地址去寻找，好像可以，也不浪费多大空间。

我们再来看第三种，每个类对象只保存类成员变量，(因为每个类对象所存储的数据有所不同)，但是要调用的方法(函数接口)都一样，所以我们把类成员函数放在公共代码区(常量区也叫代码段)。

这两种方式好像都可以，但是第三种要更好，为什么呢？第二种还需要存函数地址，那么每个对象都要存储相同的地址，有点没必要，而第三种直接把函数放在公共区，哪个对象想调用直接可以调用。打个比方再来说明一下：就比如说我们小区的公共健身房，第二种方式就是给小区的每家发一把钥匙，想锻炼了拿钥匙去锻炼，而第三种就是不需要钥匙就可以去健身房锻炼，显然第三种更加方便。

我们C++祖师爷也是这么设计的，这里还有一点问题，看这一段代码：

class A1
{
public:
	void PrintA()
	{
		cout << _a << endl;
	}
private:
	char _a;
};
class A2
{
public:
	void f2() 
	{}
};
class A3
{};
int main()
{
	cout << sizeof(A1) << endl;
	cout << sizeof(A2) << endl;
	cout << sizeof(A3) << endl;
	return 0;
}

 我们来看这样一段代码，A1很好理解，A2和A3的大小为什么是1呢？A2里面只有成员函数，它们不是被放在代码段吗?为什么会有大小呢？还有A3，没有成员，为什么大小也是1呢？

我们可以反过来想想，如果A2和A3它们大小都是0，不占空间，那么我们编译器怎么区分它们呢？我们祖师爷也想到了这一点，所以：

一般一个有成员变量的类的大小，实际就是该类中各“成员变量”之和，当然要注意内存对齐。 对于没有成员变量的空类(A3)和没有成员变量只有成员函数的类(A2),编译器给了一个字节来唯一标识这个类的对象。

八、this指针

8.1 this指针的引出

我们先来定义一个日期类Date

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; 
}

可能大家看这段代码不知所云博主想表达什么，我想问一下，这里的d1.Print()和d2.Print()打印出来的相同吗？可能读者下意识觉得肯定不相同啊，类对象都不相同，但是博主上面说过类函数成员存在于代码段，也就是类对象调用函数时都是从代码段调用，那么它们既然调用相同的函数，还没有传参，为什么会不相同呢？

我们可以看到它们打印的并不一样，说明我们的C++设计时考虑到了这个问题，所以这里就要引入this指针。

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，都是通过调用该指针去访问。只不过所有的操作对用户是隐形的，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，在建立函数栈帧时传递，所以this存在于栈中。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下由编译器通过ecx寄存器(此处是vs编译器)自动传递，不需要用户传递。

我们是可以在类里面用this指针的。

class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	void Print()
	{
		cout << this << endl;
		cout << this->_year <<" "<< this->_month<<" "<< this->_day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1, d2;
	d1.Init(2022, 9, 22);
	d2.Init(2022, 9, 23);
	d1.Print();
	d2.Print();
	return 0;
}

经过上述的讲解，再来看一下两道面试题：

 不知道各位老铁的答案是什么，反正这道题目有点苟，博主第一次碰到也做错了。我猜一下大家会选什么：大家可能一致选B、运行崩溃。哈哈，博主刚开始也是这么选的，答案是第一个选C正常运行和第二个B、运行崩溃。

第一个为什么可以正常运行呢？我们来分析一下，p是空指针，p解引用调用函数Print，但是这里有个点博主上面说过，这里并没有对p进行解引用，因为类成员函数存在于代码段，所以而且成员函数里也没有对p的地址解引用，所以正常运行，不会出现解引用空指针导致运行崩溃。

第二题，不一样的是，这里有个隐藏this->_a,this是p空指针，对空指针解引用找成员变量会出现运行崩溃。

8.3 C语言和C++实现Stack的对比

博主也是纠结了一下要不要放栈的代码，因为感觉有点水文，最后还是放在了这里，不想看的老铁可以收起代码。

①C语言实现

typedef int STDataType;
 
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;
void StackInit(ST* ps);
void StackDestory(ST* ps);
void StackPush(ST* ps,STDataType x);
void StackPop(ST* ps);
STDataType StackTop(ST* ps);
bool StackEmpty(ST* ps);
int StackSize(ST* ps);
 
 
void StackInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}
void StackDestory(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->top = 0;
}
void StackPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	//只能尾插
	if (ps->top==ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newCapacity * sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
void StackPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	--ps->top;
}
STDataType StackTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!StackEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top - 1];
}
bool StackEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}
int StackSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}

可以看到，在用C语言实现时，Stack相关操作有以下共性：

1、每个函数必须传结构体变量的地址

2、函数中都对第一个参数检测，因为该参数可能为NULL

3、函数都是通过Stack*参数操作栈的。

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，设计到大量指针操作，稍不注意就会出错。

②C++实现

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;
};

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哪些方法在类外可以被调用，即封装。也就是C++更加规范。总之C++中Stack* 参数是编译器自己维护的，C语言中需要用户自己维护。