C++ | 类和对象(上)

news/2024/11/16 12:31:46/

目录

什么是类

类的介绍

struct在两种语言中的有何区别

私有变量命名注意点

类的作用域

类的声明定义分离

类的访问限定符

封装

类的实例化

类对象的存储

this指针

一道this指针相关的王炸题：

结语

什么是类

类的介绍

我们举一个日常生活中的例子：

手机，是一类产品，这姑且算是一个类，而手机里面又分了很多具体的品牌：华为，小米，iphone等等，这些就算是手机这个类面向的对象

而我们C++类的学习，需要用到C语言中的一个知识点：结构体

我们试想一下：假设struct是定义的一本书，那么这就是一个类，而我们在main函数中创建了多个关于书的变量，这些变量就是书这个结构体创建出来的对象，如下代码：

#include<iostream>
using namespace std;struct Book//类
{int _a;int _b;int _c;
};int main()
{//类创建出的两个对象struct Book s1;struct Book s2;return 0;
}

struct在两种语言中的有何区别

我们之前用C语言代码实现数据结构的种种的时候，总会发现，我们的类里面只有数据，比如int，double，char等等，我们的各种待实现的函数都是在头文件中的全局定义的

这会有一个很麻烦的点：命名

我们在写栈的时候，可能会在同一个头文件中还会写队列相关的类和声明，这时我们栈的名字只能带点特色：

Stackinit，因为除了栈之外还有一个QueueInit，如果单写一个Init的话，编译器会不知道这是谁的初始化

但是在C++中的类对此进行了升级

1. 我们的类中不仅可以声明变量，还能直接写函数！

2. 我们在main函数中创建对象的时候无需再写如struct Book作为变量名，只写类名即可

#include<iostream>
using namespace std;struct Stack
{void Init(int n = 4){_a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (_a == nullptr){perror("malloc fail");return;}_capacity = 0;_top = 0;}int* _a;int _capacity;int _top;
};int main()
{Stack s1;s1.Init(10);return 0;
}

我们会看到，如上代码，我们直接使用了Stack作为变量类型的名字而非struct Stack

私有变量命名注意点

如上我们写的变量前面都加上了_，比如_capacity，_top......

至于为什么要这样子写，我们看一段代码就能明白了：

#include<iostream>
using namespace std;struct Date
{void Init(int year = 2024, int month = 3, int day = 31){year = year;month = month;day = day;}int year;int month;int day;
};int main()
{Date s1;s1.Init();return 0;
}

看上述代码，你会发现里面出现了year = year这样子的写法，那这里面哪个是形参，那个是实参，我们并不知道

而且，我们的代码不是只写给我们自己看的，写完了之后说不定未来还会被某个人维护，但是这样子的代码可读性极差，会被骂的

所以我们就将类里面变量的名字做一点修改，这样就不会出现上述的情况了

但是每个公司，每个地方或许会有不同的命名风格：_day，day_......

类的作用域

类的声明定义分离

如果我们将类定义在头文件里面了（类中的函数只是声明），而我们在.cpp文件中要实现类中的函数的话

我们就需要在.cpp文件中使用的函数的前面加上      类名::

如下：

//.h文件内
struct Date
{void Init();int _year;int _month;int _day;
};
//.cpp文件内
void Date::Init()
{;
}

我们在.h文件中定义了类之后，在.cpp文件上实现，但是.cpp文件上找不到这个函数的出处啊

如上，.cpp文件里面找不到.h文件里的类里面的函数，是因为类自成一个类域，在这个类域里面的内容都是给包装起来的，我们是没法使用的

我们目前一共学习了4种域：局部域、全局域，命名空间域、类域

我们可以用理解命名空间域的方式来理解类域

如果我们想访问类里面的内容的话，就需要告诉编译器我是在这个类域里面的，编译器认识了，代码就能跑得了了

类的访问限定符

在C++里，我们并不会像C语言一样一直用struct，更多的是使用class，如下：

class Date
{void Init();int _year;int _month;int _day;
};

除了名称的改变，其他什么都不变

那有人就会疑惑了，既然什么都不变，那又何必多此一举搞一个class呢？

这就涉及到了访问限定符的相关概念

我们再来看一组代码：

class Date
{void Init();int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date s1;s1.Init();return 0;
}

看着好像没什么不对的，但是：

报错了

这是因为我们使用的是class，而在C++里面，有公有和私有的概念

C++中有三个单词代表公私有：

  • public（公有）
  • private（私有）
  • protected（私有）

由于C++兼容C语言，所以C语言中的struct依然能使用，也能拿来定义类

但是与class不同的是，struct定义的类默认是public，也就是公有，意味着里面的变量都是可以访问的

但是class默认是私有的，所以我们上面的代码跑不了，就是因为class默认私有，而我们将Init定义在私有里面，不能使用

如果变量为私有的话，那么我们在类外面就不能访问，这样子设计，是为了更加的安全

我们试想一下：中国的高铁和火车，如果要乘坐就需要买票、排队、刷脸，之后有序入座，这样子仅仅有条的，也同样有助于管理

但是我们再看看印度阿三的火车：

两相比较之下，相信你会明白为什么会出现访问限定符这个东西的

那如果我们想在同一个类里面既有公有又有私有的话，那我们就需要使用访问限定符：

class Date
{
public:/公有void Init();
private:私有int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date s1;s1.Init();return 0;
}

通过访问限定符，我们就实现了公有和私有的分离

封装

无论是C语言，还是C++，抑或是Java等，都是面向对象的语言

而所有面向对象的语言都有三个特征：

  • 封装
  • 继承
  • 多态

后面两个继承和多态我们暂时无需理会，这些是我们在很后面才会学到的内容

我们今天要讲的就一个封装：

封装的本质是便于管理，我将我类里面的内容分开进行管理，公有和私有，我想让你用的你才能用，我不想让你用的我就隐藏起来

就好比我们坐的火车，买了坐票的人才有座位，买了卧铺的人才有床睡，不然没有票买谁想坐哪里就坐哪里那可太乱了

类的实例化

class Date
{int _year;int _month;int _day;
};

如上，这是我们声明出来的一个类，这个类里面有三个变量：year、month、day

但是仔细想一下，这三个变量是声明还是定义？开空间了吗？

答案是否定的，这里只是声明，并没有开空间

那这些变量在哪里开的空间？

class Date
{int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date s1;Date s2;return 0;
}

看这个main函数，我现在用这个Date类创建出了一个对象，开辟了空间，而开辟出来的空间，就是留给如上这三个变量的

也就是说：这些变量的空间是跟类一块儿定义出来的

举一个形象的例子：我们建房子之前都需要有一张设计图

而我们的设计图就可以理解为是类

我们通过这张设计图就能建出一栋又一栋的房子，这就是我们通过设计图这个类创建出来的对象

而我们的设计图是不占空间的，但是建出来的房子是多少平在图纸上是有规定的，房子是占空间的

我们通过设计图建出房子是实例化

我们通过类创建出变量是类的实例化

类对象的存储

我们可以对类进行sizeof操作看一下结果：

class Date
{
public:void Init(int year){_year = year;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date s1;cout << sizeof(s1) << endl;return 0;
}

我们可以看到，结果是12

我们按照C语言中学到的内存对齐的规则来看一看的话，我们会发现：

三个int，大小是12，总大小是最大对齐数的整数倍，也就是int的整数倍，刚好是12

另外：类的大小计算规则就是C语言中内存对齐的规则

但是也许你会疑惑：难道类中的函数不用计算大小吗？

我们再加一个函数试试：

class Date
{
public:void Init(int year){_year = year;}int Add(int a, int b){return a + b;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date s1;cout << sizeof(s1) << endl;return 0;
}

我们会发现，结果还是12，这就意味着函数的大小是不被包含在类里面的

或者我们换一个思路，再来看点有意思的：

int main()
{Date s1;cout << sizeof(s1) << endl;Date s2;cout << sizeof(s2) << endl;return 0;
}

我们现在创建出了两个对象，但是这两个的大小都是12

试想一下，这两个对象出自同一个类，如果这两个对象都要使用类里面的函数，那函数在类里面又没有开空间存进去，那我该怎么用呢？

两个对象里面都有空间存着变量

就像一个小区里面一栋一栋的房子，当然你也可以说是居民楼

那假如我们现在要建一个篮球场，建一个高尔夫球场，建一个体育馆

那我们如果在每家每户里面都建一个，是不是有点太浪费了呀

我们只需要在公共场地建一个，如果想要打篮球，打高尔夫什么的，直接到公共建好的场地里就可以了

我们再来看两段代码，看一下这两段代码的结果：

class Date
{};class Book
{
public:void func(){}
};int main()
{Date s1;Book s2;cout << sizeof(s1) << endl;cout << sizeof(s2) << endl;
}

可能有人会觉得：输出的结果应该是 0 0，因为没有变量，只有函数或者连函数都没有，就是一个空类

但其实：

我们试想一下：如果我说我创建出来了一个对象，但是没有开空间，那我这个对象到底创建了出来没有，地址是什么？空间都没有，哪来的地址？

所以，即使是空类，我们创建对象的时候也会开空间，最小为1

this指针

我们先来看一段代码：

class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}void Print(){cout << _year << " " << _month << " " << _day << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date s1, s2;s1.Init(2024, 1, 13);s2.Init(2023, 11, 18);s1.Print();s2.Print();return 0;
}

我们有了一个类，创建了两个对象

但是这两个对象都是使用的都是同一个类，我们在调用Print函数的时候，我们是这样调用的：

s1.Print();
s2.Print();

不知各位有没有发现什么猫腻

我们用的是同一个函数，我们也没有传参，甚至函数都是无参的

但是当我们调用的时候，却能打印出不同的各自的日期，这是为什么？

这是因为编译器会有一个隐含的this指针

这就相当于，你看似没有传参，但是编译器已经帮你把对象的地址传过去了，并且在函数那里用了一个隐含的this指针来接收对象的地址

我们将this指针显示写出来给大家对照这看一看：

//类内部
/*void Print(int* this)
{cout << this->_year << " " << this->_month << " " << this->_day << endl;
}*/
void Print()
{cout << _year << " " << _month << " " << _day << endl;
}//main函数内部
//s1.Print(&s1);
s1.Print();//s2.Print(&s2);
s2.Print();

这下子我们就明白了，为什么我们明明没有传参，用的同一个函数，但是却能调用，因为隐含的this指针已经把对象的地址传过去了

其实Java也有一个this指针，但是python不是，python的那个叫做self，但性质也八九不离十

那我们的this指针是存在哪里的呢？

首先肯定不在类里，因为我们类的大小就是由类中变量决定的

静态区是存储static，全局变量的，不是

堆区的使用甚至要我们自己开辟空间，也不是

所以，this指针大概率是存在栈上的

为什么说是大概率呢？因为这是看编译器的，有些编译器会将this指针存进寄存器之中，因为我们老是要使用this指针，所以编译器干脆直接将其存进寄存器里面了，相当于是一个优化

class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date s1;s1.Init(2024, 1, 13);return 0;
}

我们看到这段代码：

我们在main函数中对s1进行初始化时，只传了三个参数，我们来看看反汇编代码

注：此处使用的是VS2022

我们可以看到，前三个是分别将按个参数传了过去

但是我用红色框框圈起来的哪个部分，这个的意思是将s1的地址传给rcx这个寄存器，而s1的地址就是由this指针维护的，也就是相当于把this指针的值存进rcx这个寄存器里面了

一道this指针相关的王炸题：

class A
{
public:void Print(){cout << "Print()" << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->Print();return 0;
}

请问，这道题会报错还是崩溃还是正常运行？

答案是正常运行

这是因为，虽然指针p是空指针，但是我们将nullptr作为this指针的值传过去时，我们并没有要通过this指针找类A中的相关变量，并没有，所以即使我传了一个nullptr过去，也对程序毫无影响，因为根本就没有用到this指针

class A
{
public:void PrintA(){cout << _a << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->PrintA();return 0;
}

那如果是这种情况呢？

我们会看到，我们将p的值置为nullptr之后，又将其作为this指针的值传过去，但是不比上一题没用到this指针，这题需要使用this指针去寻找变量_a

但是找不到啊！拿一个nullptr怎么找得到呢？

综上，这题我们的程序会报错

结语

类和对象上篇算是C++的一个开端

这一章准确来说是为了类和对象（中）那六个默认构造函数做铺垫

如果觉得这篇文章对你有帮助的话，希望能够多多支持！！


http://www.ppmy.cn/news/1456101.html

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