当前位置：首页 > ai >正文

002-类和对象（一）

ai 2025/8/18 23:34:12

类和对象（一）

1. 面向过程和面向对象的初步认识

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。

这里用洗衣服举例，C语言洗衣服就相当于手洗，需要关注洗衣服的每一个过程。

在这里插入图片描述

C++是基于面向对象的，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。

C++洗衣服就相当于机洗，只在乎人、洗衣机、衣服、洗衣粉这几个对象的交互，不在乎对象内部具体是怎么实现的。

在这里插入图片描述

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。

struct MyStruct
{int Add(){return a + b;}int a;int b;
};

不过这种定义，在C++中更喜欢使用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
};

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。

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。
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::。

成员变量的命名规则的建议：

为了区别函数参数和类成员变量的区别，我们建议在所有的类成员变量名以下划线_起头。
```
class Date
{
public:void Init(int year){_year = year;}
private:int _year;
};
```
如上面的代码，如果成员变量使用year，那我们就无法区分函数参数和成员变量，但它们两个又是相同的含义，使用其他命名似乎也不太好，那么使用这种命名规则就能很好的解决问题。

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。

在我们使用C语言实现一些数据结构时，是可以通过结构体变量名直接访问到内部的成员变量，这样做就有可能对内部的数据造成破坏，这是我们不希望看到的，访问限定符就可以解决这个问题。

在这里插入图片描述

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(此处protected和private是类似的)。
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)。

4.2 封装

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。就比如家里的洗衣机，我们不知道也不需要知道它的内部是什么原理，是怎么实现的，是怎么运行的，它只提供了一些接口以便我们交互（开关等），我们无需了解它的内部细节就可以很方便的使用。

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 PrintPersonInfo();
private:char _name[20];char _gender[3];int _age;
};// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{cout << _name << " " << _gender << " " << _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，类只是一个类型，用这个类型来创建变量就是类的实例化，这里创建的变量我们称为对象。
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。
这就像，类像是一个设计图，而根据这个设计图建出来的房子这个实体，就是实例化出来的对象。

7. 类的对象大小的计算

7.1 如何计算类对象的大小

class A
{
public:void PrintA(){cout << _a << endl;}
private:char _a;
};

在类中，既有函数又有变量，每个实例化出来的对象，又包含了哪些内容，那么我们该如何计算它的大小？

7.2 类对象存储方式的推理

对象中包含类的各个成员

缺陷：每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一份函数，如果按照此种方式存储，当一个类创建多个对象时，每个对象中都会保存一份代码，相同代码保存多次，浪费空间。那么如何解决呢？
代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址
只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

上面我们推测了三种存储方式，但究竟是哪种方式？我们可以通过实验来进行证明。

class A // 既有函数又有变量
{
public:int Add() {}
private:int a;
};class B // 只有函数
{
private:int a;
};class C// 只有变量
{
public:int Add() {}
};class D // 空类
{};#include <iostream>using namespace std;int main()
{cout << "A: " << sizeof(A) << endl;cout << "B: " << sizeof(B) << endl;cout << "C: " << sizeof(C) << endl;cout << "D: " << sizeof(D) << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

我们可以观察结果：

既有变量也有函数的类和只有函数的类的大小是一样的。
只有函数的类和空类的大小是一样的。

由此我们可以推断出：类的对象中只存放了变量，而没有存放函数。

在这里，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。

7.3 结构体内存对齐规则

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。

8. 类成员函数的this指针

8.1 this指针的引出

#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:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1, d2;d1.Init(2022, 1, 11);d2.Init(2022, 1, 12);d1.Print();d2.Print();return 0;
}

上面的代码中，我们定义了一个日期类Date。

在上面我们说过，每个对象中存放的都只有成员变量，而没有成员函数。那么这里引出一个问题，当类对象在调用成员函数的时候，成员函数怎么知道是哪个对象调用的这个函数，这个函数应该去哪一个对象中读取数据？

为了解决这个问题，C++引入了this指针：在类中的每一个非静态成员函数中，都被增加了一个隐藏的指针参数this，让这个指针指向调用这个函数的对象，这样我们就可以通过类成员函数访问不同对象中的内容。

#include <iostream> using namespace std;class A
{
public:void Func() {cout << "Func(): " << this << endl;}
};int main()
{A a;cout << "     a: " << &a << endl;a.Func();return 0;
}