类与对象(上)

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，靠对象之间的交互和关系完成。

 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。

C++兼容C语言，struct之前的用法都可以用。

同时 struct 升级成了类，可以用类名定义类型。

cpp把数据和方法放到了一起

 成员变量不管写在函数前面还是函数后面，都可以找到，因为编译器人为类域是一个整体。

使用的方式是这样的，C语言的方式可以用， 但是识别就是识别的是类。

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

};  // 一定要注意后面的分号

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：

1. 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。cpp中一般长的函数就会声明和定义分离，短的函数直接在类里面定义。

2. 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::

要指定类域，一般情况下，更期望采用第二种方式。

等号左边的year是类里面的域，等号右边的是局部变量，因为局部优先，优先访问局部，然后再类域、再全局。局部域和全局域会影响生命周期，类域和命名空间域不会影响生命周期。有的公司都喜欢成员变量加个_。

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。

cpp有三种访问限定符：

【访问限定符说明】

1. public修饰的成员在类外可以直接被访问

2. 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)

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

4. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。

5. class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)  

保护和私有在初阶我们认为是一样的，在进阶的时候我们会学一个继承，这个时候就有差异了。

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

一般情况下，定义一个类，数据都是私有的或者是保护的，想让调用的大部分都是公有的。

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。

注意：在继承和模板参数列表位置，struct和class也有区别，后序给大家介绍。

4.2 封装

【面试题】 面向对象的三大特性：封装、继承、多态。面向对象有很多特性，最出名的就是这是这三大特性。

在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，那什么是封装呢？

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。封装的第一步是把它围起来，放到一起，可以杜绝一些不规范、不文明的行为。C语言数据和方法是分离的。比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用 户的就只有开关机键、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户和计算机进行交互，完成日 常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。

对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如 何设计的等，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计 算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以 及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。

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。

封装是把数据和方法放到一起。不想让看的变成私有，想让看的变成公有。封装的本质是为了更好的管理。

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。

如果是私有的，那么就只能在类里面访问了，如果是公有的，就可以在类外面访问。

class Person
{
public:
    void PrintPersonInfo();

    char _name[20];
    char _gender[3];
    int _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
int main()
{
    Person s1;
    s1._age = 3;
    //下面这行代码就不能通过，这里是声明
    //Person::_age = 3;
    cout << s1._age << endl;
    return 0;
}

6.类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

1. 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；比如：入学时填写的学生信息表，表格就可以看成是一个类，来描述具体学生信息。

类就像谜语一样，对谜底来进行描述，谜底就是谜语的一个实例。 谜语："年纪不大，胡子一把，主人来了，就喊妈妈" 谜底：山羊

2. 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

这个是声明，不是定义，对于函数，声明就是声明，定义就是定义，对于变量声明和定义的区别在于开不开空间。刚才那些变量是什么时候定义呢？它不是一个一个定义，它是整体定义， 在类里面也叫类实例化对象，也叫对象定义。

3. 做个比方。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，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间

7.类对象模型

7.1 如何计算类对象的大小

class A
{
public:
    void PrintA()
    {
        cout << _a << endl;
    }
private:
    char _a;
};
int main()
{
    A a;
    cout << sizeof(a) << endl;
    return 0;
}

类中既可以有成员变量，又可以有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么？如何计算 一个类的大小？

类的对象的大小只算成员变量，不算成员函数。对象的大小中，只存储了成员变量，没有存储成员函数。成员函数是每个对象共用的。它会在一个公共的区域，把这个成员函数存储起来，调用这个函数的时候不是到这个对象里面去找。这个成员函数虽然声明或者定义在类里面，但是不存在类里面。

//类中只有成员函数

class A
{
public:
    void PrintA()
    {
        cout << endl;
    }
};
int main()
{
    A a;
    cout << sizeof(a) << endl;
    return 0;
}

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

int main()
{
    A a;
    cout << sizeof(A) << endl;
    return 0;
}

//空类

class B
{};
int main()
{
    cout << sizeof(B) << endl;
    return 0;
}
如果没有成员函数，对象的大小默认是1，类的大小也是1，类中什么也没有也是1。

没有成员变量的类对象，需要1字节，是为了占位，表示对象存在，不存储有效数据。

cpp和C语言一样，存在内存对齐。如果不内存对齐，访问内存的时候会有数据的损失的。

8.this指针

8.1 this指针的引出

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;  // 年
        int _month; // 月
        int _day;   // 日
};
int main()
{
    Date d1, d2;
    d1.Init(2022, 1, 11);
    d2.Init(2022, 1, 12);
    d1.Print();
    d2.Print();
    return 0;
}
d1和d2调用同一个Print()函数，call的是同一个地址，但是为什么打印的结果不同？

其实它里面有一个this指针，编译器在编译的时候，会把这个函数给改了，编译器会把它处理成下面的样子

调用的地方会把它处理成下面的样子。

this不能修改。

this的类型是这样的，这个const修饰的是this本身，不可以改，但是指向的内容可以改。

编译器规定我们不能显示去写，this还是一个关键字，形参和实参的位置不能显示的去写，但是允许在函数内部用，也就是函数内部可以显示的去写。

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

1. this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。

2. 只能在“成员函数”的内部使用

3. 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

4. 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，vs是这样做的，不知道其他的编译器是如何做的。

this指针是个形参，形参this指针存在栈里面。