类和对象（上）

目录

类的定义

类定义格式

访问限定符

类域

实例化

实例化概念

对象大小

this指针

C++和C语⾔实现Stack对⽐

类的定义

类定义格式

① 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。

② 定义在类⾯的成员函数默认为inline。

class Stack
{
public:
	// 成员函数
	void Init(int n = 4)
	{
		arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (nullptr == arr)
		{
			perror("malloc fail！");
			return;
		}
		capacity = n;
		top = 0;
	}

	void Push(int x)
	{
		// ...扩容
		arr[top++] = x;
	}

	int Top()
	{
		assert(top > 0);
		return arr[top - 1];
	}

	void Destroy()
	{
		free(arr);
		arr = nullptr;
		top = capacity = 0;
	}

private:
	// 成员变量
	int* arr;
	size_t capacity;
	size_t top;
};

int main()
{
	// 类名就是类型
	Stack st1;
	st1.Init();
	st1.Push(1);
	st1.Push(3);

	cout << st1.Top() << endl;

	st1.Destroy();

	return 0;
}

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开头，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。

④ 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，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。

struct Person
{
public:
	void Init(const char* name, int age)
	{
		strcpy(_name, name);
		_age = age;
	}

	void Print()
	{
		cout << "姓名：" << _name << endl;
		cout << "年龄：" << _age << endl;
	}

private:
	// 区分成员变量
	char _name[10];
	int _age;
};

int main()
{
    // 类名就是类型
	Person pep;
	pep.Init("天赐", 20);
	pep.Print();

	//不可以直接访问成员变量
	//pep._age++;

	return 0;
}

访问限定符

① C++⼀种实现封装的⽅式，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⼾使⽤。

② 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，protected和private是⼀样的，具体的区别我往后的文章会介绍。

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，作⽤域就到 }即类结束。

④ 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。

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。

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。

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_arr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_arr等成员，就会到类域中去查找。

//标准类的声明和定义
//Stack.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public:
	void Init(int n = 4);
private:
	int* _arr;
	int _top;
	int _capacity;
};

//加上域作用限定符是因为如果外面也有一个queue的Init
//编译器就不知道调用哪个
//加了域之后编译器就知道去哪里调用这个函数
//Stack.cpp
#include"Stack.h"
void Stack::Init(int n)
{
	_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
	if (nullptr == _arr)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	_capacity = n;
	_top = 0;
}

//test.cpp
#include"Stack.h"
int main()
{
	Stack st;
	st.Init();
	return 0;
}

实例化

实例化概念

① 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。

② 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。

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出房⼦，类就像是设计图，设计图规划了有多少个房间，房间⼤⼩功能等，但是并没有实体的建筑存在，也不能住⼈，⽤设计图修建出房⼦，房⼦才能住⼈。同样类就像设计图⼀样，不能存储数据，实例化出的对象分配物理内存存储数据。

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:
	//声明
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	// 1->N
	// 类实例化出对象
	Date d1;
	Date d2;
	d1.Init(2024, 9, 16);
	d2.Init(2025, 11, 2);

	d1.Print();
	d2.Print();
	
    //通过打印地址就可以知道
    //成员变量分配的空间是不一样的
	cout << &d1 << endl;
	cout << &d2 << endl;

	return 0;
}

对象大小

分析⼀下类对象中哪些成员呢？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，那么成员函数是否包含呢？⾸先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。

再分析⼀下，对象中是否有存储指针的必要呢，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。

这⾥需要再额外哆嗦⼀下，其实函数指针是不需要存储的，函数指针是⼀个地址，调⽤函数被编译成汇编指令[call 地址]， (可以看一下我上一篇文章介绍的inline）其实编译器在编译链接时，就要找到函数的地址，不是在运⾏时找，只有动态多态是在运⾏时找，就需要存储函数地址，这个往后也会细说。

计算一下A/B/C实例化的对象是多大？
class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _ch << endl;
	}
private:
	char _ch;
	int _i;
};

// 没有成员变量的类对象，开1byte，占位，不存储有效数据
// 标识对象的存在
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;
	cout << &b << endl;
	cout << &c << endl;

	return 0;
}

上⾯的程序运⾏后，我们看到没有成员变量的B和C类对象的⼤⼩是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。

另外上⾯我们分析了对象中只存储成员变量，C++规定类实例化的对象也要符合内存对⻬的规则。

内存对⻬规则

① 第⼀个成员在与结构体偏移量为0的地址处。

② 其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。

③ 注意：对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员⼤⼩的较⼩值。

④ VS中默认的对⻬数为8

⑤ 结构体总⼤⼩为：最⼤对⻬数（所有变量类型最⼤者与默认对⻬参数取最⼩）的整数倍。

⑥ 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，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体的对⻬数）的整数倍。

我另外提一点就是，在结构体中明明内存对齐浪费空间，为什么还要这么做呢？

这是非常重要的一个点！说不定以后面试官会问到哈哈哈哈哈哈哈哈！！！

其实那是因为我要读取i，如果按照内存对⻬规则存储数据，假设一次从整数倍位置可以读取4byte，那么我只需要读取一次就完成了，而如果不按照内存对⻬规则存储数据，那就需要读取两次，并且还要将数据拼接在一起。

this指针

① 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

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;

④ 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。

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

	//void Print(Date* const this)
	void Print()
	{
		//this = nullptr;
		//这样写没问题，但是一般不会写this指针
		cout << this->_year << "/" << this->_month << "/" << this->_day << endl;
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}
private:
	// 声明
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1;
	Date d2;

	//不能显示this指针，这样写会报错
	//d1.Init(&d1, 2024, 9, 16);
	//d2.Init(&d2, 2025, 11, 2);
	d1.Init(2024, 9, 16);
	d2.Init(2025, 11, 2);

	//这里同样如此
	//d1.Print(&d1);
	//d2.Print(&d2);
	d1.Print();
	d2.Print();

	return 0;
}

接下来让我们看一下三道题目，大家先仔细想想。

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

#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;
}

这段代码很明显的一个点就是对p指针是否有解引用？

我们首先排除的是A选项，仔细想想，对空指针解引用是编译报错吗，大家先要弄清一个点就是编译类型报错一般指的是语法错误，那这里语法有错误吗？显然并没有，只有代码运行后才会报错。

那这里究竟有没有解引用呢？答案是没有，因为成员函数的指针是在编译时确定的，没有存在对象中，所以这里虽然写了p->，但是没有解引用。（变成了[call 地址]）大家可以往上滑再看一下计算实例化对象大小的那个部分，所以这道题我们选C，大家可以尝试跑一下代码。

 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

#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;
}

这道题额外加了一行代码，那这道题又选哪个选项呢？

还是一样，首先排除A选项。还是回到那个点，这里有没有对空指针解引用呢？答案是有的，因为打印_a时我们对空指针解引用了，导致运行崩溃，所以这道题我们选B

3.this指针存在内存哪个区域的 ()

A. 栈 B.堆 C.静态区 D.常量区 E.对象⾥⾯

首先我们排除E，因为我们在计算对象大小的时候，有计算到this指针吗，显然this指针不存在对象里面。另外函数调用会创建一个栈帧，函数里面的局部变量就存放到栈帧里，还有形参也是存放到栈帧里。所以this指针作为隐含的形参也是存放到栈帧里。最终这道题我们选A

另外我想提一点就是vs序列编译器，this通过寄存器ecx传递，大家先知道这个点就好了。

C++和C语⾔实现Stack对⽐

⾯向对象三⼤特性：封装、继承、多态，下⾯的对⽐我们可以初步了解⼀下封装。

通过下⾯两份代码对⽐，我们发现C++实现Stack形态上还是发⽣了挺多的变化，底层和逻辑上没啥变化。

① C++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，我后⾯还会详细介绍。

② C++中有⼀些相对⽅便的语法，⽐如Init给的缺省参数会⽅便很多，成员函数每次不需要传对象地址，因为this指针隐含的传递了，⽅便了很多，使⽤类型不再需要typedef⽤类名就很⽅便。

③ 我们现在实现的Stack看起来变了很多，但是实质上变化不⼤。等我们再往深入学习例如STL中的⽤适配器实现的Stack，那时候才真正感受到C++的魅力。

下面我就直接截成图片方便大家看

基于C语言实现的

基于C++实现的

文章到这里就结束啦，类和对象的知识点还有很多，所以我接下来的几篇文章都是介绍类和对象，难度会不断上升，希望内容对大家有所帮助！下篇文章见，希望大家多多来支持一下！

感谢大家的三连支持！