C++：类和对象（上）

一、引言

        类和对象是C语言所没有的，也是非常重要的一部分，理解它至关重要。

        C++中的类是面向对象编程的核心概念，它是一种用户自定义的数据类型，用于封装数据（属性）和操作数据的方法（函数）。类定义了对象的蓝图或模板，描述了对象应具备的特征和行为。对象则是类的具体实例，是根据类定义创建的实际实体，占用内存空间并包含具体的属性值。通过类和对象，C++实现了封装、继承和多态等面向对象特性，使代码更模块化、可重用和易于维护。

二、类的定义

2.1、类的定义格式

 class 为类的关键字，具体语法形式如下：

class name   //name为类的名字，自己取
{//……类的成员，可以为变量，可以为函数等};   //分号不能省略

（1）类的成员名称为了区分，要在前面加上 " _ " 或者 " m " 或者其他，具体看公司要求；

（2）struct 也可以充当关键字来定义类，与C语言不同的是，C++中的struct的成员可以为函数。但是，我们还是推荐使用 class 定义类；

（3）在类的内部定义的函数，都默认为内联函数；如果不想内联，可以在类中声明，然后在外部定义；

（4）类一般定义在头文件中。

2.2、类的访问限定符

        类的访问限定符：就是用来限定类的内部成员权限的符号。共有三个：private ，public ，protected 。

2.2.1、private （私有）

用法如下：

class student
{
private:int number;char[10] name;int age;int sex;
};

private 意味着私有，也就是只能在Student 内部访问，不能在外部访问。例如，下面的代码就是错误的，因为访问了私有成员。

Student student1;
std::cout << student1.name << endl;

对了，如果类的成员变量什么访问限制符都没有，则默认为被 private 修饰。

2.2.2、public （公有）

public 意思是公有，可以被外部访问。用法和private一样，如下：

class Student
{
private:int number;int age;char[10] name;
public:void DisplayAge(){cout << "学生年龄：" << age << endl;}
};

一般我们会把函数成员放在公有部分，私有部分一般都是存放一些数据的。

2.2.3、protected （保护）

用法和上面两个一样，这里不多说。

被 protected 修饰的成员为保护成员，在外部不能直接访问，只有通过派生类和内部才能访问。（派生类后面会将）

注意：这三个访问限定符没有先后之分，你可以先写公有部分，也可以先写私有部分

2.3、类域

（1）类域就是类定义的一个新的作用域，类的所有成员都在类的作用域中。在类的外部定义成员要用 :: ；

（2）类域影响编译器的查找规则。如果在调用一个函数时，没有指定类域，那么编译器就会默认该函数为全局函数，会在全局寻找其定义和声明，如果没有搜索到就会报错。

三、类的实例化

3.1、实例化的概念

创建一个类，只是创建了一个类，只是告诉编译器有这样的一个类，使用了吗？没有使用。你可以类比C语言中的结构体，你只是声明了一个结构体，并没有使用，使用结构体首先需要创建一个变量，类也是如此。

简单来说，类的实例化就是用类创建一个对象。一个类可以创建很多的对象。例如：

class Student
{
private:int _age;char[10] _name;
public:void SetInfo(int age, char* name){_age = age;_name = name;}
};int main()
{Student student1;   //实例化SetInfo( 18 , "zhangsan" );return 0;
}

3.2、对象的大小

用类创建一个对象叫实例化，系统就会给这个对象分配一个空间，那么这个空间有多大呢？里面的成员要不要遵循对齐原则？

3.2.1、对齐原则

        对象是存在内存对齐的，规则同C语言的结构体对齐，这里就省略了。

3.2.2、成员函数的储存

        对象中的内存里没有成员函数的位置。成员函数会单独放在一个地方等着调用。

3.2.3、空的类的对象的大小

求下面类创建的对象的大小：

class B
{};

最后结果是1，开辟1个字节的空间就是为了标记这个类的对象存在过。就像唯一能证明她来过的只有心里的那道疤痕。

四、this 指针

先看以下代码，记住两个对象 s1 和 s2 。

class Student
{
private:int _age;int _number;char[10] _name;
public:void ShowData(){cout << "学生的学号：" << _number << endl;cout << "学生的姓名：" << _name << endl;cout << "学生的年龄：" << _age << endl;}//…………
};int main()
{Student s1;Student s2;//…………填写学生信息s1.ShowData();s2.ShowData();return 0;
}

好，我们可以看到，s1 和 s2 都分别调用了打印各自数据的函数。但是，函数是不会存储在对象中的，而是其他地方，所以，s1 和 s2 调用的同一个函数。问题来了，这个函数如何区分到底打印 s1 的数据还是 s2 的数据呢？答案就在 this 指针。

原来，编译器会在类的成员函数的第一个参数添加一个新的参数，叫 this指针。实际上，ShowData函数的原型为：

void ShowData( Student* const this)
{cout << "学生的学号：" << this->_number << endl;cout << "学生的姓名：" << this->_name << endl;cout << "学生的年龄：" << this->_age << endl;
}

通过 this 指针，函数就能区分到底该打印谁了。

注意：C++规定，不能在函数的实参和形参的位置写出 this 指针 ，但是可以在函数内部写出this指针。

练习：下面的代码是正常运行还是运行崩溃？

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

答案是正常运行。虽然 p 为空指针，还引用了成员函数Print()，但是，成员函数储存在别的地方，在编译的时候就已经确定了，所以不会报错。但是，如果成员函数涉及this指针的解引用，那就会报错了，因为空指针不能解引用。

五、C语言和C++实现栈的对比

C的代码就不放到这里了，大家都会。

下面是C++版本的栈：

//创建一个栈的C++版本
typedef int StackDataType;
class Stack
{
private:StackDataType* _arr;int _top;int _capacity;
public://栈的初始化void StackInit(){assert(this);_arr = nullptr;_top = _capacity = 0;}//入栈void StackPush(StackDataType x){if (_top == _capacity){int newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;StackDataType* tmd = (StackDataType*)realloc(_arr ,sizeof(StackDataType) * newCapacity);if (tmd == nullptr){perror("malloc fail!");exit(1);}_arr = tmd;_capacity = newCapacity;}_arr[_top++] = x;}//判断栈是否为空bool StackEmpty(){return _top == 0;}//出栈void StackPop(){assert(!StackEmpty());_top--;}//取栈顶StackDataType StackTop(){assert(!StackEmpty());return _arr[_top-1];}//销毁栈void StackDestory(){if (_arr)free(_arr);_arr = nullptr;_top = _capacity = 0;}//打印栈void StackPrint(){assert(!StackEmpty());for (int i = 0; i < _top; i++){cout << _arr[i] << " ";}cout << endl;}
};

int main()
{Stack s1;s1.StackInit();s1.StackPush(1);s1.StackPush(2);s1.StackPush(3);s1.StackPush(4);s1.StackPush(5);s1.StackPrint();s1.StackPop();s1.StackPrint();s1.StackDestory();return 0;
}

感觉C++更好用，把这些函数都封装了起来，而且使用起来更加方便。建议读者下去要亲自敲几个类体验体验！才能体会到类的魅力。

六、结语

        到这里，就已经认识，会用类了。但这还远远不够，更多细节还在后面，比如类里面自带的几个函数等。加油，追梦人！