C++入门：类和对象

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已于 2022-09-25 02:19:40 修改

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分类专栏：笔记文章标签： c++ 开发语言

于 2022-09-22 22:15:55 首次发布

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本文详细介绍了C++中的类，包括类的引入、定义方式、访问限定符（封装）、实例化过程以及类对象的大小。重点讨论了类的两种定义方式，其中成员函数在类体内外的定义区别，以及类对象的内存分配，特别是成员函数并不占用类的大小。此外，还阐述了内存对齐规则，并简要提及了this指针的作用。通过对类的理解，展示了C++如何实现数据和函数的封装，以及对象实例化的概念。

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2.声明放在.h文件中，类的定义放在.cpp文件中

前言:C++为什么要引入类这个概念？类是什么东西？类是怎么实现的？类有什么用？下面我们就类是怎么引入的来初步学习一下类

一、类的引入

C中的结构体中不允许有函数存在，只能定义变量，针对于这一点C++对其进行了拓展，C++的结构体不仅可以定义变量，还可以定义函数。

struct Student 
{
 void SetStudentInfo(const char* name, const char* gender, int age)
 {
 strcpy(_name, name);
 strcpy(_gender, gender);
 _age = age;
 }
 
 void PrintStudentInfo()
 {
 cout<<_name<<" "<<_gender<<" "<<_age<<endl;
 }
 
 char _name[20];
 char _gender[3];
 int _age;
};

上述代码C++中结构体定义会用class代替

二、类的定义

class className
{
 // 类体：由成员函数和成员变量组成
 
};

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。

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。

class N1 { 
	char a;        // 成员变量 （成员属性或数据成员）
	int b;
	long c;
	void fun() {   //成员方法
	}
};

❤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 student {
	void fun() {

	}
	char a;
};

2.声明放在.h文件中，类的定义放在.cpp文件中

//声明放在student.h文件
class student {
	void fun();
	char a;

};

//定义放在类的实现文件student.cpp中
#include"student.h"

	void student::fun() {   //这里用到了类的作用域

	}

一般情况下，我们会选择第二种方式。

三、访问限定符及封装

在C++中，我们的对象可以包含变量和函数，将两者放到类中统一管理起来，这就是我们所说的对数据和数据操作的封装。

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：这就好比是我们的疫情管控，对于高危风险区近距离接触者单独隔离起来，通过一段时间的隔离观察来保护他们同时也保护社会面人民群众，使他既不会受到外界感染，也不会有感染外界的风险，封装的作用与此类似，不过类的访问与此有点差别，我们使用类数据和方法都封装到一下。不想给别人看到的，我们protected/private把成员封装起来。开放一些共有的成员函数对成员合理的访问。所以封装本质是一种管理。

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。

四、类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

1. 类只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

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

（别问为什么用绿茶举例，因为喜欢喝😙）

五、类对象大小

class A1 {
public:
	void f1() {}
private:
	int _a;
};
// 类中仅有成员函数
class A2 {
public:
	void f2() {}
};
// 类中什么都没有---空类
class A3
{};
void main() {
	cout << sizeof(A1) << " " << sizeof(A2) << " " << sizeof(A3) << endl;
}

A1的大小为成员-a的大小，对比A2和A3，不能难发现类的成员函数并未占用类的空间，类仅是给成员属性分配了空间。

之所以A2和A3都是1，是因为我们定义了类，说明它有存在的意义，即使是空类，我们也要让它存在，但是它所含的内容为空，为了让编译器不会抹除掉它，编译器给他分配了数值，但这个数值不是随便给的，如果给大了，不但会造成空间浪费，还会对其他类不公平，所以给了它一个最小值来标记它。

那为什么类中的成员函数为什么没有空间呢？

我们再进行类的实例化时，可能会生成很多个对象，它们只是成员属性不同，对它们进行操作时，都会调用相同的相同的成员方法，每个对象保存私有成员方法的话会有些浪费空间。

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。

这里简单回忆一下字节对齐：

1.什么是字节对齐？

在C语言中，结构是一种复合数据类型，其构成元素既可以是基本数据类型（如int、long、float等）的变量，也可以是一些复合数据类型（如数组、结构、联合等）的数据单元。在结构中，编译器为结构的每个成员按其自然边界（alignment）分配空间。各个成员按照它们被声明的顺序在内存中顺序存储，第一个成员的地址和整个结构的地址相同。
为了使CPU能够对变量进行快速的访问,变量的起始地址应该具有某些特性,即所谓的”对齐”.
比如4字节的int型,其起始地址应该位于4字节的边界上,即起始地址能够被4整除.

数据的存储存储方式如下图：

❤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。

六、this指针

前文我们知道了对象并不会存储其所属类的成员方法，那我们在对对象进行操作时，成员方法是怎么认识我们怎么操作的那个对象的成员属性呢？

1.this定义

事实上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。