C++初阶——类和对象（二）

C++初阶——类和对象（二）

本期内容书接上回，继续讨论类和对象相关内容。类和对象属于C++初阶部分，主要反映了面向对象编程的三大基本特点之一——封装，在C++的学习中占有举足轻重的地位！

一、类对象模型

1.如何计算基于一个类创建出的对象大小？

（1）使用sizeof计算

我们先来复习一下什么是类，什么是对象。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。通过class关键字将数据与操作（成员函数）绑定。类定义仅仅是逻辑的蓝图，就像是一个房间的设计图纸，并不能真正的住进去，因此，我们需要对类进行实例化才会创建出具体的对象，分配内存空间。同一个类可以实例化出多个不同的对象。因此，从实际意义上来说，我们所计算的内存空间，并不是类本身，而是基于类创建出的对象的大小。当然，仅仅从计算这个层面出发，我们可以通过类来计算如果用这个类来创建对象，对象应该会占用多少空间，就好比我们可以通过房屋的设计图纸来计算房屋建成后，理论上会占用多大的面积，我们来举个例子，分别看一看：

• 第一种计算方法：
  
  在这里，我们先通过类实例化一个对象，就像是先根据图纸把房子建好，然后再测量房子的占地面积。
• 第二种计算方法：
  
  这里我们并没有示例化一个对象，而是直接计算类的大小，也是很好理解的，因为我们有了房屋的设计图，就能够准确地计算出房屋的占地面积了。
• 当然，还有一个简单的方式，直接把鼠标移动到类名上即可，它会自动出现一些详细信息：
  

（2）直接计算

直接计算就涉及到结构体的内存对齐规则了，知识C语言方面的知识。在这里也简单的复习一下：

• 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
• 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。
• 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）
• 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较小）的整数倍。
• 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。
  我们来举个例子：
  
  根据对齐数 = 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），int a的对齐数为4（int a本身大小为4，默认对齐数为8，取较小值）；同理，int b对齐数也为4；char c的对齐数为1（char c本身大小为1，默认对齐数为8，取较小值）。 根据结构体总大小为：最大对齐数（所有变量类型最大对齐数与默认对齐数的较小值）的整数倍，这里的成员变量的对齐数最大值为4，和默认对齐数8相比较小，因此最终结构体对齐方式为4个字节，a占4字节，b占4字节,c占4字节（用1个字节，空3个字节）。

为什么需要结构体内存对齐规则？

CPU是一次性读取一定的字节数，我们以这样的一个结构体为例：

char型占用一个字节，int型占用4个字节，假设CPU一次读取4个字节。

• 如果是连着存储，那么就是CPU一次读取的4个字节中有一个字节属于char a，另外三个字节属于int b的一部分，b并没有被一下子读取完整，因此需要再读一次，然后将两次读取的结果拼接，然而拼接数据的耗时会大大增加。
• 如果使用内存对齐，那么前4个字节中，有一个字节是char，后三个字节空着，然后接下来的四个字节完整的存储一个int b，CPU一下子就能把b的值读完整，避免了拼接，提高了效率，这是一种以空间换时间的方式。

2.类和对象相关的存储方式

刚才在计算的过程中，我们好像只在讨论类中成员变量对应的空间，就算出了对象的大小，但是类里面还有成员函数呢，它们占据空间吗？

• 我们以这样一段代码为例：
  
  根据上文的计算，这里的对象是12个字节，函数并没有占用空间。其实，这也是很好理解的。成员函数和成员变量不同，它是一个方法。基于同一个类创建出的不同的对象各自的成员变量是自己的，但是操作方法是一样的，是共同的，比如说这里的一个函数，它就是一个打印两个数相加的功能，不管什么对象都一样。就好比一个小区，每家每户的房子是自个儿的，但是那些篮球场，游泳池是大家共用的，没有必要每建一间房，都要配上一个篮球场，游泳池。在这里也一样，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。
• 如果一个类中没有成员变量，只有成员函数或者什么都没有，如图所示：
  
  
  没有成员变量的类对象，需要1字节，是为了占位，表示对象存在，并没有存储有效数据。

二、this指针

我们以日期类为例：

在这个日期类中，我们定义了年、月、日三个成员变量，并且还有初始化以及打印这两个函数。我们再实例化几个对象：

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