类的基本介绍（初识）

xyt0_0

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分类专栏： C++学习笔记文章标签： c++

于 2024-04-05 13:59:13 首次发布

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本文详细介绍了C++中的类，包括类的引入与定义、访问限定符（public、private、protected）、封装的重要性、类的作用域、实例化过程，以及this指针的作用。还讨论了类的大小计算和特殊类的大小。

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一、类的引入和定义

在C语言中，结构体只能定义变量，而在C++中，结构体内不仅可以定义变量，还可以定义函数。在C语言中要定义某个结构体变量时类型是struct+结构体名称，而在C++中直接用结构体名称就可以定义。

接下来看一个演示示例来证明：

实际上，在C++中更喜欢用class来代替struct。

这里，就要引出类的概念了，我们先来看类的定义形式：

class ClassName

{

//类体：由成员函数和成员变量组成

}； //与结构体相同，后面有分号

其中，class为定义类的关键字，ClassName为类的名字（自己取），{}中为类的主体。

类体中的内容称为类的成员，类中的变量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。

类的两种定义方式：

1）声明和定义全部放在类体中，需要注意的是：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。

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。

（一般情况下使用第二种方式较多）

二、类的访问限定符及封装

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起，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。

C++的访问限定符包括public、private和protected。

①public：是最高访问权限，具有该权限的成员可以在类作用域之外被访问。

②private：是最低访问权限，具有该权限的成员只能在类作用域中被访问。

③protected：权限介于public和private之间。

注意：

⭐结构体中成员的默认访问权限是public，而类的访问权限是private。

⭐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为止，如果后面没有访问限定符，作用域就到}即类结束。

【一道面试题】

问：C++中struct和class的区别是什么

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。

2）封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态

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。比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用
户的就只有开关机键、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户和计算机进行交互，完成日
常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。

在C++语言中实现封装，可以通过类将数据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。

三、类的作用域和实例化

1）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。在类外定义成员时，需要使用::作用域运算符指明成员属于哪个类域。

其实，我们可以把所有用{}括起来的都看作一个作用域。

演示示例：

class test
{
public:
	int add(int x = 1,int y = 2);
};

int test::add(int x, int y)  //缺省参数，声明时给，定义时不给
{
	int ret = x + y;
	return ret;
}

2）实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化。

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。

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。

打个比方，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。

四、类的大小

1）类的大小计算方式

我们先来看一段代码：

#include <iostream>

using namespace std;

class test
{
private:
	int a;
	float b;
	char c;
public:
	void print()
	{
		cout << "***" << endl;
	}
};

int main()
{
	test n;
	cout << sizeof(test) << endl;
	cout << sizeof(n) << endl;
	return 0;
}

思考：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？

实际上，一个类的大小就是该类中”成员变量”之和，当然，需要注意内存对齐（规则与C语言中结构体内存对齐规则一样）。

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

（有关结构体内存对齐的讲解之前已经讲解过，不再赘述，文章链接：http://t.csdnimg.cn/LHfcf）

那么成员函数又存在哪里呢？

答案是在代码区。

另外：改变编译器上默认对齐数：#program pack（1）（将对齐数改成了1）

2）特殊的类的大小

class Test1
{
public:
	void fun() {};
};

class Test2
{

};

这两个类是比较特殊的，一个是只有成员函数的类，一个是没有成员变量和成员函数的空类，根据上面的规则，算类的大小其实就是成员变量的大小，难道这两个类的大小都是0吗？

答案肯定是否定的，我们可以这样想，当我们用类定义（声明和定义的区别在于是否开空间）出对象时，需要开辟空间，如果大小是0就开不出空间，也就没有地址，这显然不对。实际上，对于空类和没有成员变量的类，其大小都是1个字节。

五、this指针

1）this指针

先看一段代码：

我们从前面的学习中已经知道了，成员函数是在代码区的，是公共的，在上述例子中，我们定义了两个人对象，调用的是同一个函数，为什么最后打印的结果不一样呢？

答案是，因为有this指针的存在。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。

也就是说上述代码中调用d1.Print时，相当于最后打印的是this->_year、this->_month、this->_day，而这个this就是指向d1的指针。

this指针的特性：

①this指针的类型：类类型* const（上例中为Date* const this），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
③this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
④this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

2）示例

示例一：

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "Print()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* p = nullptr;
	p->Print();
	return 0;
}

分析：这段代码不会报错，是可以运行成功的，虽然p是空指针，但是在调用过程中，实际上并不通过指针p来访问对象的任何成员变量，而仅仅传递空指针是不会报错的，所以可以运行。

示例二：

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _a << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* p = nullptr;
	p->Print();
	return 0;
}

在这个例子中会报错，因为在Print函数中会通过空指针来访问_a，这是不可以的。