【C++】——类和对象（上）网站首页 技术交流

●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，靠对象之间的交互完成

可能看完上面的两句话，小伙伴听完还是云里雾里的，那么就拿洗衣服为例帮助大家更好地理解过程和对象。对于洗衣服这件事，站在过程的维度，就是人将衣服放进洗衣机，倒入洗衣粉，启动洗衣机，洗衣机就会完成洗衣过程并且甩干。而站在对象的维度，首先关注的是人、衣服、洗衣粉、洗衣机四个对象，再而后是这四个对象之间的交互。

不过以上只是C++对对象的初步认识，若是想要深入的理解还需要小伙伴在实践中不断地去体验和感受对象。

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。

代码如下：

typedef int Datatype;
struct Stack
{
	void Init(size_t capacity)
	{
		_array = (Datatype*)malloc(sizeof(Datatype) * capacity);
		if (nullptr == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}

	void Push(Datatype data)
	{
		//扩容
		//...
		_array[_size] = data;
		++_size;
	}

	Datatype* _array;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

C++中对这种对结构体的新型定义，就引入的class，也就是类。

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

在引入了类这一概念之后，那么我们该如何去使用类呢，也就是如何去定义它呢？

首先我们来了解下类的关键字及其组成。

        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。

然后就是类的定义，类一共有两种定义方式。

        ①声明与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

        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::

一般情况下，更期望采用第二种方式。

//第一种：声明和定义全部放在类体中
class Person
{
public:
	//显示基本信息
	void showInfo()
	{
		cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << "-" << endl;
	}
private:
	char* _name;	//姓名 
	char* _sex;		//性别
	int _age;		//年龄

};

//第二种：类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中

//text.h——声明
class Person
{
public:
	//显示基本信息
	void showInfo();
private:
	char* _name;	//姓名 
	char* _sex;		//性别
	int _age;		//年龄
};

//定义

#include "text.h"

//显示基本信息，实现：输出 名字、性别、年龄
void Person::showInfo()
{
	cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << "-" << endl;
}

4.类的访问限定符及封装

4.1访问限定符

在上面的代码中，相信眼尖的小伙伴一定发现了我们在类的定义中用到了“public”和“private”，那么这两个是什么，我们好像在C语言阶段没有见到它们呢？这就是C++在类这一部分新引入的“访问限定符”。

那么访问限定符有什么用处呢？官方一点的语言就是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。通俗一点来说，就是通过访问限定符，我们可以决定什么变量和函数可以访问，什么不可以访问。

补充：

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

4.2封装

当我们在使用类的限定访问符的时候，其实就已经体现了面对对象的一大特性：封装。而面对对象共有三大特性：封装、继承和多态。在类和对象阶段，主要研究的是类的封装特性，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。就以上面显示用户信息的代码为例，我们只想要使用的人调用这个函数，而不想要让他去修改用户的信息。因此就对前者使用了public，后者则是private，这本质就是封装的思想。

封装的本质上是一种管理，让用户更方便的使用类。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。

因此在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

在之前的学习中，我们了解了局部域，全局域，命名空间域，而C++在类和对象这一部分还引入的类的作用域，简称类域。

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。因此当我们对类的定义采取定义声明分开的时候，在定义的时候一定要指明类域。

示例代码如下：

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

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。

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。也就是说类是没有空间的，只有类实例化出的对象才有具体的空间。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

class Person
{
public:
	//显示基本信息
	void showInfo()
    {
        cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << "-" << endl;
    }
public:
	char* _name;	//姓名 
	char* _sex;		//性别
	int _age;		//年龄
};

//错误写法
Person._name= zhangsan; 

//正确写法
Person P1;
P1._name=zhangsan;

//一个类可以实例化多个对象
Person P2;
Person P3;
Person P4;

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;
};

当我们将一个类定义好之后，那么这个类对象的大小是多少呢？是只计算成员变量大小呢，还是还要加上成员函数的大小？在计算类对象的大小之前，我们还需要了解类对象究竟是如何存储的。

7.2类对象的存储方式猜测

可能的类对象的存储方式共有三种方式

方式1：对象中包含类的各个成员

方式2：对象中包含类成员变量和类函数表地址

方式3：对象中只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

在实际中，类对象的存储方式采取的是方式3，有兴趣的小伙伴可以去了解下为什么。

因此，一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然要注意内存对齐，注意空类的大小，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

那内存对齐与C语言中的结构体内存对齐规则是相似的。

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

3. 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。 4. 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。

具体的讲解可以看博主前面相关的推文