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【C++】第二节：类与对象（上）

news 2025/5/18 19:24:00

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。

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：之前在数据结构初阶中，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;
};int main()
{Stack s;s.Init(10);s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);cout << s.Top() << endl;s.Destroy();return 0;
}
//这里就是封装（数据和方法放到一起，放到一个类中）

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
};// 分号不能忘记

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：类中的变量称为成员变量; 类中的函数称为成员函数。

类的两种定义方式：

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。

// 人
class Person
{
public:void showInfo(){cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;}
public:const char* _name;const char* _sex;int _age;
};

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::

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。

【访问限定符说明】

public 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
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，作用域就到 } ，即类结束。
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。

【面试题】

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。

4.2 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。

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 showInfo();
private:char _name[20];char _sex[3];int _age;
};// 这里需要指定showInfo是属于Person这个类域的
void Person::showInfo()
{cout << _name << "-" << _sex << "-" << _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。

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。

7、类对象模型

7.1 类对象的存储方式

只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段。

7.2 计算类对象的大小

// 类中既有成员变量，又有成员函数
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
{};

4 1 1

结论：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。

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。

8、this指针

8.1 this指针的引出

我们先来定义一个日期类 Date：

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 d1, d2;d1.Init(2024, 10, 1);d2.Init(2034, 10, 1);d1.Print();d2.Print();return 0;
}

对于上述类，有这样的一个问题：

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，那当 d1 调用 Init 函数时，该函数是如何知道应该设置 d1 对象，而不是设置 d2 对象呢？

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。

8.2 this指针的特性

this指针的类型：类类型 * const，即成员函数中，不能给 this 指针赋值。
只能在“成员函数”的内部使用。
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。
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。

【面试题】

this 指针存在哪里？

this 是一个形参，一般存在栈帧里面，vs 下面一般会用 ecx 寄存器直接传递

this 指针可以为空吗？

// 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;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->Print();return 0;
}
// 2. 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 PrintA(){cout << _a << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->PrintA();return 0;
}