C++---类和对象(上)

目录

1.面向过程和面向对象初步认识

2.类的引入

3.类的定义

4.类的访问限定符及封装

4.1 访问限定符

4.2 封装

5.类的作用域

6.类的实例化

7. 类的大小及存储方式

8. this 指针

8.1 this指针的引出

8.2 this指针的特性


1.面向过程和面向对象初步认识

C语言是面向过程的,关注的是过程,分析出求解问题的步骤,通过函数调用逐步解决问题。
C++是基于面向对象的,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。
 

看下图区别面向过程与面向对象概念:

2.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: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;
};

上面结构体的定义,在C++中更喜欢用class来代替。

3.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。(这里的可能是指该函数符合内联函数要求,即代码短小)

class Stack
{
public:
	void Init()
	{
		a = 0;
		top = capacity = 0;
	}
	
	void Push(int x)
	{
		// ...
	}

	void Pop()
	{
		// ...
	}

	int Top()
	{
		return a[top-1];
	}
private:
	int* a;
	int top;
	int capacity;
};

        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 Queue
{
public:
	void Init();
	void Push(int x);
	void Pop();
private:
	QueueNode* head;
	QueueNode* tail;
};
void Queue::Init()
{
	head = tail = nullptr;
}

void Queue::Push(int x)
{}

void Queue::Pop()
{}

注意:声明和定义分离以后,就不能内联了,因为内联不会展开,符号表里找不到函数名,链接不到。

4.类的访问限定符及封装

4.1 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
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
 

问题:C++中struct和class的区别是什么?
解答: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。
 

4.2 封装

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。

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

5.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;
}

6.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,所以类中成员变量均为声明而不是定义。
 

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。


7. 类的大小及存储方式

        问题:类中既可以有成员变量,又可以有成员函数,那么一个类的对象中包含了什么?如何计算一个类的大小?

        答: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,内存对齐方式空见《结构体内存对齐》。 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。
 

类的存储方式只保存成员变量,成员函数存放在公共的代码段

8. this 指针

8.1 this指针的引出

        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。

class Date
{
public:
    //实践上参数是(Date* const this, int year, int month, int day)
    //实参和形参位置不能显示,传递和接收this指针
    //但是可以在成员函数内部使用this指针
    void Init(int year, int month, int day)
    {
        this->_year = year;
        this->_month = month;
        _day = day;//也可以不写this,编译器会默认有
    }
    void Print()
    {
        cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <<endl;
    }
private:
    int _year; // 年
    int _month; // 月
    int _day; // 日
    int a;
};

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。
 

一个有趣的例子:

// 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;
    }
    void PrintA()
    {
        cout<<_a<<endl;
    }
private:
    int _a;
};

int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->Print();//正常运行
    p->PrintA();//运行崩溃
    return 0;
}

首先,Print调用正常,因为在 7 中我们知道类的存储方式成员函数是在公共代码区的,所以即使 p 为 nullptr ,也能成功调用函数。那么为什么调用PrintA就不行呢?这是因为函数PrintA中使用了成员变量 _a ,在 p = nullptr 情况下,要去找 _a 就要解引用空指针,从而崩溃。
 


 

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