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【C++】类和对象（上）

时间：2024-08-22 12:26:10浏览次数：11  
标签：ps 成员 对象 void C++ int Init top

前言：

上一章讲到C++入门的基础知识，是为了增加对C++的了解，为了更好的学习接下来的内容，本章讲到类和对象（上）。

类是一种抽象的数据类型，它定义了一组具有相同属性和行为的对象的模板。

[!NOTE]

问题：C语言和C++语言的主要区别？

C语言是面向过程的语言，C++是面向对象的语言。C语言使用函数实现模块化程序设计，C++语言使用类实现模块化程序设计。

如图：

在这里插入图片描述

一、类的定义

1.1类定义格式

  • class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分号不能省略。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。

  • 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开头，注意C++中这个并不是强制的

    class Stack
{
	//成员函数
	void Init(int x = 1){}

	void f(){}

	//成员变量
	int _arr;
	int _m;
	int _y;
};

  • C++中struct也可以定义类，C++兼容C中struct的⽤法，同时struct升级成了类（struct名称就可以代表类型*），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。

    回顾C语言中struct结构体：

 typedef struct ListNode
  {
  	struct ListNode* next;
  	int val;
  }LYNode;

再来看C++中的struct,观察有什么不同：

struct ListNode
{
	ListNode* next;
	int size;
};

[!IMPORTANT]

容易观察到：C++中不再需要typedef,LisiNode就可以代表类型

1.2访问限定符

在这里插入图片描述

  • 访问限定符是C++的一种实现封装的方式，将类和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使用。

  • 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定义成员没有被访问限定符修饰时默认为private，struct默认为public。

  • 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。

    class Data
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void Print()
{
	cout << _year << " " << _month << " " << _day << endl;
}

int main()
{
	Data d;
	d.Init(2024, 8, 21);
    d.Print();

	return 0;
}

1.3 类域

  • 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。

    下面使用Stack的 初始化来演示：

    class Stack
{
public:
	//成员函数：
	void Init(int x = 4);

private:
	int* arr;
	size_t capacity;
	size_t top;
};

//声明和定义分离，需指定类域
void Stack::Init(int x)
{
	arr = (int*)malloc(sizeof(int) * x);
	if (nullptr == arr)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	capacity = x;
	top = 0;
}
int main()
{
	Stack st;
	st.Init();

	return 0;
}

    [!IMPORTANT]

    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，就是知道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。

二、实例化

2.1实例化概念

  • ⽤类类型在物理内存中创建对象的过程，称为类实例化出对象。

  • 类是对象进⾏⼀种抽象描述，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，⽤类实例化出对象时，才会分配空间。

    [!TIP]

    简单来说就是：类是一个房子的图纸，实例化就是实际上造出来的房子实体

class Data
{
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()
{
	//类是1-->N
	//此处访问的Init函数是同一个，但是传过去的参数不同
	//Data类实例化出对象d1和d2
	Data d1;
	Data d2;

	d1.Init(2024, 8, 21);
	d1.Print();

	d2.Init(2024, 3, 2);
	d2.Print();

	return 0;
}

2.2对象的大小

类实例化出的每个对象，都有独立的数据空间，函数被编译后是一段指令，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)，那么对象中非要存储的话，只能是成员函数的指针。用上面的代码解释，对象中是否有存储指针的必要：Date实例化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指针却是一样的，存储在对象中就浪费了。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，太浪费了！

如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对⻬到⾃⼰的最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩

对象只存储成员变量（成员函数不存储，有成员变量的情况下，不存储成员函数），C++规定实例化的对象也要符合内存对齐的规则：（C++内存对齐规则与C大差不差）

  • 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
  • 其他成员变量要对⻬到某个数字（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）
  • 结构体的总大小为：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
  • 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。

示例：

//计算一下A/B/C实例化对象的大小是多少
class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _ch << endl;
	}
private:
	char _ch;
	int _i;
};

//没有成员变量的函数，开1byte,用于占位，不存储有效的数据
//标识对象存在
class B
{
public:
	void Print()
	{
	}

};

class C
{};

int main()
{
	A a;
	B b;
	C c;
	cout << sizeof(a) << endl;
	cout << sizeof(b) << endl;
	cout << sizeof(c) << endl;
	return 0;
}

输出结果：

在这里插入图片描述

三、this指针

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？那么这⾥就要看到C++给了一个隐含的this指针解决这⾥的问题。

[!CAUTION]

类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。C++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。

我们直接用一个代码实例解释this指针：

class Data
{
public:
	//void Init(Data* const this,int year,int month,int day)
	//但是传参实际不允许写出来this指针
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		//变量内可写：this—>_year
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << " " << _month << " " << _day << endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	
	Data d1;
	Data d2;
	//d1.Init(&d1,2024,8,21)
	//传实参也不允许写&d1
	d1.Init(2024, 8, 21);
	d1.Print();

	d2.Init(2024, 3, 2);
	d2.Print();

	return 0;
}

[!IMPORTANT]

Init的原型是void Init(Data* const this,int year,int month,int day),类的成员函数中访问成员变量，本质都是通过this指针访问的，如Init函数中 给_year赋值：this->_year=year.

学了 以上内容，不如就开始动手看看C++和C语言实现的Stack有啥区别吧，感受一下C++的魅力 所在。

C语言实现Stack：

#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:

#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;
}

[!CAUTION]

本章到此结束，原创请勿搬运，谢谢大家的喜欢！

标签：ps,成员,对象,void,C++,int,Init,top
From： https://blog.csdn.net/2401_84538476/article/details/141424905

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