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C++——类和对象（1）

news 2025/7/20 3:51:06

目录

一、类的定义

（1）类的格式

 （2）访问限定符

（3）类域

二、类的实例化

 （1）实例化的概念

（2）对象的大小

三、this指针

（1）内容

 （2）练习

四、C++和C语言实现Stack的对比

五、写在最后 

一、类的定义

（1）类的格式

①class为定义类的关键字，Stack为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后面的分号不能省略。

#include<iostream>
using namespace std;class Stack
{
public:// 成员函数 void Init(int n = 4){array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (nullptr == array){perror("malloc申请空间失败");return;}capacity = n;top = 0;}void Push(int x){// ...扩容 array[top++] = x;}int Top(){assert(top > 0);return array[top - 1];}void Destroy(){free(array);array = nullptr;top = capacity = 0;}private:// 成员变量 int* array;size_t capacity;size_t top;
}; // 分号不能省略

②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。

③为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识，如成员变量前面或者后面加_或者m作为开头，便于成员变量和函数中的变量进行区分。注意C++中这个并不是强制的，只是⼀些惯例，具体看公司的要求。

class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}private:// 为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量 // 会加⼀个特殊标识，如_ 或者 m开头 int _year; // year_ m_yearint _month;int _day;
};int main()
{Date d;d.Init(2024, 3, 31);return 0;
}

④在C++中struct也可以定义类，C++还兼容C中struct的用法，同时struct升级成了类，明显的变化是struct中可以定义函数，一般情况下我们还是推荐用class定义类。

#include<iostream>
using namespace std;// C++升级struct升级成了类 
// 1、类⾥⾯可以定义函数 
// 2、struct名称就可以代表类型 
// C++兼容C中struct的⽤法 //在c语言中：
typedef struct ListNodeC
{struct ListNodeC* next;int val;
}LTNode;//在C++中：不再需要typedef，因为类名ListNodeCPP就可以代表类型 
struct ListNodeCPP
{void Init(int x){next = nullptr;val = x;}ListNodeCPP* next;int val;
};int main()
{return 0;
}

⑤定义在类里面的成员函数默认为inline（内联函数），我们在写成员函数时也可以在前面加上inline。

struct ListNodeCPP
{//相当于是这样的：//inline void Init(int x)void Init(int x){next = nullptr;val = x;}ListNodeCPP* next;int val;
};

 （2）访问限定符

①C++可以实现一种封装的方式，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。

②public修饰的成员在类外可以直接被访问；protected和private修饰的成员在类外不能直接被访 问。protected和private是⼀样的，在以后的继承章节才能体现出他们的区别。

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，如果后面没有访问限定符，它的作用域就到}，即类结束。

④class定义的成员没有被访问限定符修饰时默认为private，struct默认为public。

⑤⼀般成员变量都会被限制为private/protected，需要给别人使用的成员函数会放为public。而成员函数一般是共有的（public）。

（3）类域

①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 :: 作用域操作符指明成员属于哪个类域。

②类域影响的是编译的查找规则，下面程序中Init如果不指定类域Stack，那么编译器就把Init当成全局函数，那么编译时，找不到array等成员的声明/定义在哪里，就会报错。指定类域Stack，就知道了Init是成员函数，当前域找不到的array等成员，就会到类域中去查找。

#include<iostream>  //在VS编译器中，该头文件默认包含了C中的头文件
using namespace std;class Stack
{
public:// 成员函数 void Init(int n = 4);private:// 成员变量 int* array;size_t capacity;size_t top;
};// 声明和定义分离，需要指定类域 
//定义：
void Stack::Init(int n)
{array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (nullptr == array){perror("malloc申请空间失败");return;}capacity = n;top = 0;
}int main()
{Stack st;st.Init();return 0;
}

二、类的实例化

 （1）实例化的概念

①用类这个类型在物理内存中创建对象的过程，称为类实例化出对象。

②类是对象进行的⼀种抽象描述，是⼀个模型⼀样的东西，限定了类有哪些成员变量，这些成员变量只是声明，没有分配空间，只有用类实例化出对象时，才会分配空间。

③⼀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房子，类就像是设计图，设计图规划了有多少个房间，房间的大小、功能等，但是并没有实体的建筑存在，也不能住人，只有用设计图修建出的房子才能住人。

同样的，类就像设计图⼀样，不能存储数据，实例化出的对象才会分配物理内存来存储数据。

#include<iostream>
using namespace std;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:// 这⾥只是声明，没有开空间 int _year;int _month;int _day;
};int main()
{// Date类实例化出对象d1和d2,d1、d2就被分配了存储空间Date d1;Date d2;d1.Init(2024, 3, 31);d1.Print();d2.Init(2024, 7, 5);d2.Print();return 0;
}

（2）对象的大小

分析一下，类对象中有哪些成员呢？类实例化出的每个对象，都有独立的数据空间，所以对象中肯定包含成员变量，那么是否包含成员函数呢？

首先函数被编译后是⼀段指令，在对象中没办法存储，这些指令存储在⼀个单独的区域(代码段)，如果对象中非要存储的话，只能存储成员函数的指针。

再分析⼀下，对象中是否有存储指针的必要呢，我们看Date实例化出的d1和d2两个对象，d1和d2都有各自独立的成员变量 _year、_month、_day存储各自的数据，但是d1和d2的成员函数Init、Print指针都是⼀样的，存储在对象中就浪费空间了。如果用Date实例化100个对象，那么成员函数指针就重复存储100次，太浪费空间了！

这里需要再额外说⼀下，其实函数指针是不需要存储的，函数指针是⼀个地址，调用函数时被编译成汇编指令[call  地址]，其实编译器在编译链接时，就要找到函数的地址，而不是在运行时找，只有动态多态是在运行时找，这时就需要存储函数地址，这个我们以后会讲解。

因此，我们知道：类对象中存储成员变量，而不存储成员函数，成员函数是存储在公共代码区的。 

C++规定类实例化的对象也要符合内存对齐的规则：

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 = 编译器默认的对齐数 与 该成员大小的较小值。

1.VS中默认的对齐数为8；

2.结构体的总大小为：最大对齐数（所有变量类型的最大者与默认对齐参数相比的最小值）的整数倍。

③如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体要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。

计算⼀下A、B、C实例化的对象是多大？ 

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:void Print(){cout << _ch << endl;}private:char _ch;int _i;
};class B
{
public:void Print(){//...}
};class C
{};int main()
{A a;B b;C c;cout << sizeof(a) << endl;//8cout << sizeof(b) << endl;//1cout << sizeof(c) << endl;//1return 0;
}

上面的程序运行后，我们看到没有成员变量的B和C类的对象的大小是1，为什么没有成员变量还要给1个字节呢？

因为如果⼀个字节都不给，怎么表示对象存在过呢！所以这里给1字节，纯粹是为了占位、标识对象存在，但不存储有效的数据。

那么，B、C这两个类没有成员变量有什么用呢？特别是C，甚至没有成员函数！

仿函数的类就是一种没有成员变量的类，我们后续会说到~

三、this指针

（1）内容

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，当d1调用Init和 Print函数时，该函数是如何知道应该访问的是d1对象还是d2对象呢？

①这里我们就要看，C++给了一个隐含的this指针解决问题。

②编译器编译后，类的成员函数默认都会在形参第⼀个位置增加⼀个当前类类型的指针，叫做this 指针。比如Date类的Init的真实原型为， void Init(Date* const this, int year, int month, int day)。

③类的成员函数访问成员变量时，本质都是通过this指针访问的，如Init函数中给_year赋值， this- >_year = year。

class Date
{// void Init(Date* const this, int year, int month, int day)void Init(int year, int month, int day){// this->_year = year;_year = year;//this->_month = month;_month = month;}
};

④C++规定不能在实参和形参的位置显示的写this指针(编译时编译器会处理)，但是可以在函数体内显示使用this指针。

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){// 编译报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值 // this = nullptr;this->_month = month;this->_day = day;}void Print()    {cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;}private:// 这⾥只是声明，没有开空间 int _year;int _month;int _day;
};int main()
{// Date类实例化出对象d1和d2 Date d1;Date d2;//不可以：// d1.Init(&d1, 2024, 3, 31);d1.Init(2024, 3, 31);d1.Print();d2.Init(2024, 7, 5);d2.Print();return 0;
}

 （2）练习

1.下面程序编译运行结果是（ C ）

A、编译报错     B、运行崩溃      C、正常运行

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

 编译报错指的是语法错误，显然这里没有语法错误。

这里P为空指针，在Print函数中调用时，无非this指针是空指针。但成员函数的指针是在编译时确定的，并不存在对象中，虽然写了P->，但并没有解引用，并无任何错误，因此程序正常运行！

2.下面程序编译运行结果是（  B ）

A、编译报错     B、运行崩溃      C、正常运行

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

这道题与第一题的区别是：该题在Print函数中还调用了成员变量_a，然而此时的this指针为空，那么就相当于this->_a，怎么能对空指针解引用呢？因此程序崩溃！

3.this指针存在内存哪个区域的(  A )

A. 栈          B.堆         C.静态区         D.常量区        E.对象里面 

前面我们知道，this指针其实是一个隐含的形参，而形参是存在栈中的~

栈中存储局部变量和形参；至于堆，是malloc等开辟的空间；静态区中存储全局变量。

四、C++和C语言实现Stack的对比

面向对象三大特性：封装、继承、多态。

我们可以通过对比初步了解⼀下封装。

①C++中数据和函数都放到了类里面，通过访问限定符进行了限制，不能再随意通过对象直接修改数据，这是C++封装的⼀种体现，这个是最重要的变化。

这里的封装的本质是⼀种更严格规范的管理，避免出现乱访问修改的问题。当然封装不仅仅是这样的，我们后面还需要不断的去学习。

②C++中有一些相对方便的语法，比如Init给了缺省参数会方便很多，成员函数不需要每次传对象的地址，因为this指针隐含的传递了；使用类型不再需要typedef，直接用类名也很方便。

③在我们这个C++入门阶段实现的Stack看起来变了很多，但是实质上变化不大，底层和逻辑上都没变化。后续我们通过STL 中的适配器实现的Stack，可以进一步感受到C++的魅力。

C实现Stack代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;int capacity;
}ST;void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}void STDestroy(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->top = ps->capacity = 0;
}void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);// 满了， 扩容 if (ps->top == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}ps->a = tmp;ps->capacity = newcapacity;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}bool STEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}void STPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty(ps));ps->top--;
}STDataType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty(ps));return ps->a[ps->top - 1];
}int STSize(ST* ps)
{assert(ps);    return ps->top;
}int main()
{ST s;STInit(&s);STPush(&s, 1);STPush(&s, 2);STPush(&s, 3);STPush(&s, 4);while (!STEmpty(&s)){printf("%d\n", STTop(&s));STPop(&s);}STDestroy(&s);return 0;
}

C++实现Stack代码：

#include<iostream>
using namespace std;typedef int STDataType;
class Stack
{
public:// 成员函数 void Init(int n = 4){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (nullptr == _a){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = n;_top = 0;}void Push(STDataType x){if (_top == _capacity){int newcapacity = _capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}_a = tmp;_capacity = newcapacity;}_a[_top++] = x;}void Pop(){assert(_top > 0);--_top;}bool Empty(){return _top == 0;}int Top(){assert(_top > 0);return _a[_top - 1];}void Destroy(){free(_a);_a = nullptr;_top = _capacity = 0;}private:// 成员变量 STDataType* _a;size_t _capacity;size_t _top;
};int main()
{Stack s;s.Init();s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);s.Push(4);while (!s.Empty()){printf("%d\n", s.Top());s.Pop();}s.Destroy();return 0;
}

五、写在最后 

类和对象接下来的部分比较难一些，一共大概有四/五个部分，我们下期见~ 


http://www.mrgr.cn/news/20147.html

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