柚子快報邀請碼778899分享：算法 【C++】類和對象（一）
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文章目錄
一、類的引入二、類的定義語法
三、類的訪問限定符及封裝訪問限定符`public ``private``protected`訪問限定符說明
面試題:question:C++中struct和class的區(qū)別是什么？
四、類的兩種定義方式五、類的作用域六、面向?qū)ο笕筇匦灾唬悍庋b七、類的實(shí)例化八、類對象模型如何計算類對象的大小回顧：結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則
類對象的存儲方式
一、類的引入
C語言，結(jié)構(gòu)體中只能定義變量。C++中，結(jié)構(gòu)體內(nèi)可以定義變量也可以定義函數(shù)。
?C語言方式實(shí)現(xiàn)的棧，結(jié)構(gòu)體中只能定義變量?，F(xiàn)在以C++的方式實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體中也可以定義函數(shù)。
typedef int DataType;
struct Stack
{
void Init(size_t capacity)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申請空間失敗");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(const DataType& data)
{
// 擴(kuò)容
_array[_size] = data;
++_size;
}
DataType Top()
{
return _array[_size - 1];
}
void Destroy()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = nullptr;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
DataType* _array;
size_t _capacity;
size_t _size;
};
int main()
{
//我們可以直接用stack來定義一個結(jié)構(gòu)體s。
//C++中s也可以稱作一個對象。
Stack s;
s.Init(10);
s.Push(1);
s.Push(2);
s.Push(3);
cout << s.Top() << endl;
s.Destroy();
return 0;
}
c語言中，我們通過這種方式來建立一個棧的結(jié)構(gòu)，c++將結(jié)構(gòu)體升級為了類，類提供了一種封裝數(shù)據(jù)成員（屬性或變量）和成員函數(shù)上面結(jié)構(gòu)體的定義，在C++中更喜歡用class來代替。
二、類的定義
語法
class className
{
// 類體：由成員函數(shù)和成員變量組成
};
// 一定要注意后面的分號
class為定義類的關(guān)鍵字，ClassName為類的名字，{}中為類的主體，注意類定義結(jié)束時后面分號不能省略。
類體中內(nèi)容稱為類的成員：類中的變量稱為類的屬性或成員變量; 類中的函數(shù)稱為類的方法或者成員函數(shù)。
我們可以簡單定義一個日期類：
class Date
{
int year;
int month;
int day;
};
C++習(xí)慣定義成員變量時在其前面加上符號_,比如以下情況：
class Date
{
void Init(int year, int month, int day)
{
year = year;
}
int year;
int month;
int day;
};
為了防止成員變量和成員函數(shù)的形參混淆，我們可以這樣定義:
class Date
{
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
現(xiàn)在我們來調(diào)用這個函數(shù)：
class Date
{
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Init(2005, 6, 23);
return 0;
}
發(fā)現(xiàn)無法調(diào)用該成員函數(shù)
這就引出我們接下來要講的內(nèi)容，類的訪問限定符
三、類的訪問限定符及封裝
訪問限定符
C++實(shí)現(xiàn)封裝的方式：用類將對象的屬性與方法結(jié)合在一塊，讓對象更加完善，通過訪問權(quán)限選 擇性的將其接口提供給外部的用戶使用。
在 C++ 中，訪問限定符（Access Specifiers）定義了類成員（即變量和函數(shù)）的訪問權(quán)限。這些限定符有助于實(shí)現(xiàn)封裝和抽象，是面向?qū)ο缶幊痰暮诵母拍钪?。主要的訪問限定符有三種：public、private 和 protected
public
public成員在任何地方都可以被訪問，類的內(nèi)部、外部都可訪問>使用public限定符可以提高代碼的使用率，但是會降低封裝性，因?yàn)橥獠看a可以直接讀寫公開的數(shù)據(jù)成員
private
private成員只能被類的成員函數(shù)和友元函數(shù)訪問，不能被類的外部訪問。使用 private 限定符是封裝的一種體現(xiàn)。通過限制對成員的直接訪問，你可以保護(hù)類內(nèi)部成員的狀態(tài)，避免外部代碼隨意修改，從而維護(hù)對象的完整性
protected
protected 成員可以被其所在類的成員函數(shù)、派生類的成員函數(shù)訪問，但是**不能被類的外部直接訪問**protected 在處理繼承時尤其有用，它允許派生類訪問基類中的成員，同時防止了類的外部直接訪問這些成員
訪問限定符說明
1. 訪問權(quán)限作用域從該訪問限定符出現(xiàn)的位置開始直到下一個訪問限定符出現(xiàn)時為止 2. 如果后面沒有訪問限定符，作用域就到}即類結(jié)束。 3. class的默認(rèn)訪問權(quán)限為private，struct為public(因?yàn)閟truct要兼容C)
注意：訪問限定符只在編譯時有用，當(dāng)數(shù)據(jù)映射到內(nèi)存后，沒有任何訪問限定符上的區(qū)別
面試題
?C++中struct和class的區(qū)別是什么？
答：C++兼容C語言，C++中struct可以當(dāng)作結(jié)構(gòu)體使用，也可以當(dāng)作類去使用。在struct當(dāng)類使用的時候，跟class關(guān)鍵字的區(qū)別是默認(rèn)訪問限定符不同。struct的默認(rèn)訪問限定符是public,class的默認(rèn)訪問限定符是private。在繼承和模板參數(shù)列表位置，struct和class也存在區(qū)別。
四、類的兩種定義方式
聲明和定義全部放在類體中，需注意：成員函數(shù)在類中定義，編譯器可能會將其當(dāng)成內(nèi)聯(lián)函數(shù)處理
class stack
{
public:
int* a;
int size;
int capacity;
void Init(int n=4)
{
a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
if (nullptr == a)
{
perror("malloc申請空間失敗");
return;
}
capacity = n;
size = 0;
}
};
類聲明放在.h文件中，成員函數(shù)定義放在.cpp文件中，注意：成員函數(shù)名前需要加類名::
stack.h文件
class stack
{
public:
int* a;
int size;
int capacity;
void Init();
};
stack.cpp文件，如果我們直接定義該成員函數(shù)則會報錯
報錯原因是：Init()函數(shù)被編譯器當(dāng)作全局函數(shù)，Init()函數(shù)操作Stack類的成員變量被編譯器認(rèn)定是訪問未定義的標(biāo)識符。
這說明，如果程序員不加指定，編譯器則無法找到該函數(shù)的出處，根據(jù)搜索規(guī)則，只會先去局部域找然后去全局域搜索這些變量是否被定義過。所以我們要使用訪問限定符::告訴編譯器該函數(shù)操作的成員變量 屬于 哪一個類域。
void stack::Init(int n=4)
{
a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
if (nullptr == a)
{
perror("malloc申請空間失敗");
return;
}
capacity = n;
size = 0;
}
五、類的作用域
由此我們可知，除了全局域、局部域類作用域也會影響編譯器的搜索規(guī)則 ，比如下面兩個類，棧和隊列都有init和push函數(shù)：
class stack {
public:
void init(int n);
void push(int x);
};
class queue {
public:
void init(int n);
void push(int x);
};
如果沒有域，則會有沖突。所以，類本身就是一個域。
六、面向?qū)ο笕筇匦灾唬悍庋b
面向?qū)ο蟮娜筇匦裕悍庋b、繼承、多態(tài)
在類和對象階段，主要是研究類的封裝特性，那什么是封裝呢？
封裝（Encapsulation）是面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）中的一個核心概念，它指的是將對象的數(shù)據(jù)（屬性）和操作這些數(shù)據(jù)的方法（行為）捆綁在一起的做法。這種機(jī)制可以防止外部代碼隨意訪問對象內(nèi)部的狀態(tài)，從而保護(hù)對象的完整性和安全性。封裝的關(guān)鍵在于提供了一個抽象層，使得對象的使用者不需要知道對象內(nèi)部的復(fù)雜邏輯，只需要通過對象提供的接口（公共方法）來與對象進(jìn)行交互
封裝本質(zhì)上是一種管理，讓用戶更方便使用類。比如：對于電腦這樣一個復(fù)雜的設(shè)備，提供給用戶的就只有開關(guān)機(jī)鍵、通過鍵盤輸入，顯示器，USB插孔等，讓用戶和計算機(jī)進(jìn)行交互，完成日常事務(wù)。但實(shí)際上電腦真正工作的卻是CPU、顯卡、內(nèi)存等一些硬件元件
對于計算機(jī)使用者而言，不用關(guān)心內(nèi)部核心部件，比如主板上線路是如何布局的，CPU內(nèi)部是如何設(shè)計的等，用戶只需要知道，怎么開機(jī)、怎么通過鍵盤和鼠標(biāo)與計算機(jī)進(jìn)行交互即可。因此計算機(jī)廠商在出廠時，在外部套上殼子，將內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)隱藏起來，僅僅對外提供開關(guān)機(jī)、鼠標(biāo)以及鍵盤插孔等，讓用戶可以與計算機(jī)進(jìn)行交互即可。
七、類的實(shí)例化
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
思考：這里的int _year、int _month、int _day是聲明還是定義？它是聲明
聲明和定義的本質(zhì)區(qū)別是是否開辟一塊空間
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
return 0;
}
Date d1通過實(shí)例化對象，為該對象的所有成員變量開辟空間，整體定義了該對象的所有成員變量。
我們可以通過對象，對該對象的成員變量進(jìn)行訪問。
int main()
{
Date d1;
d1._year++;
//Date::_year++//不能通過類域限定訪問，因?yàn)樗皇锹暶?，沒有開辟一塊空間
return 0;
}
類是對對象進(jìn)行描述的，是一個模型一樣的東西，限定了類有哪些成員，定義出一個類并沒有分配實(shí)際的內(nèi)存空間來存儲它
類實(shí)例化出對象就像現(xiàn)實(shí)中使用建筑設(shè)計圖建造出房子，類就像是設(shè)計圖，只設(shè)計出需要什么東西，但是并沒有實(shí)體的建筑存在，同樣類也只是一個設(shè)計，實(shí)例化出的對象才能實(shí)際存儲數(shù)據(jù)，占用物理空間
八、類對象模型
類中既可以有成員變量，又可以有成員函數(shù)，那么一個類的對象中包含了什么？如何計算一個類的大??？
如何計算類對象的大小
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
cout << sizeof(d1) << endl;
Date d1;
return 0;
}
思考：上面Date類的大小是多少字節(jié)？
先來回顧以下結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則
回顧：結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則
第一個成員在與結(jié)構(gòu)體變量偏移量為0的地址處。 其他成員變量要對齊到對齊數(shù)的整數(shù)倍的地址處。 對齊數(shù) = min（編譯器默認(rèn)的對齊數(shù), 該成員大?。?VS中默認(rèn)的值為8 結(jié)構(gòu)體總大小為最大對齊數(shù)（每個成員變量都有一個對齊數(shù)）的整數(shù)倍。 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。
這里存在成員函數(shù)的情況下，類所占字節(jié)大小依然是12，驗(yàn)證測試如下：
我們嘗試調(diào)用以下不同對象的成員函數(shù)
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2;
d1.Init(2024, 01, 01);
d2.Init(2025, 01, 01);
return 0;
}
從反匯編代碼中，我們發(fā)現(xiàn)兩個對象分別調(diào)用的成員函數(shù)地址是相同的。
所以類的成員變量、成員函數(shù)到底是如何存儲的呢？
類對象的存儲方式
每個對象中存儲各自的成員變量，成員函數(shù)因?yàn)橐磸?fù)被不同的對象調(diào)用，所以成員函數(shù)存儲在一段公共的區(qū)域。
class A2 {
public:
void f2() {}
};
這個類的大小是多少呢？
在C++中，沒有成員變量的類對象大小占位1字節(jié)，不實(shí)際存儲任何數(shù)據(jù)，是為了標(biāo)識該對象已經(jīng)被實(shí)例化了。
對于給出的A2類，因?yàn)樗缓幸粋€成員函數(shù)，它所占用的內(nèi)存大小應(yīng)該是1字節(jié)
再看下面的代碼示例：將p設(shè)為空指針，p還能調(diào)用函數(shù)嗎？
class fun {
public:
void Print()
{
cout << "被調(diào)用" << endl;
}
};
int main()
{
fun a1;
fun* p1 = &a1;
p1->Print();
fun* p = nullptr;
p->Print();
return 0;
}
測試：
可以調(diào)用的原因：
這里的Print函數(shù)并不在指針指向的空間里面，既不在p1指向的空間里面，也不再p指向的空間里面，p1，p指向的是對象，對象里面沒有函數(shù)的地址，雖然有箭頭，但是并沒有進(jìn)行解引用。
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