【C++】2. 類和對象(上)

文章目錄

  • 一、類的定義
    • 1、類定義格式
    • 2、訪問限定符
    • 3、類域
  • 二、實例化
    • 1、實例化概念
    • 2、對象??
  • 三、this指針
  • 四、C++和C語?實現Stack對?

一、類的定義

1、類定義格式

  • class為定義類的關鍵字，Stack為類的名字，{ }中為類的主體，注意類定義結束時后?分號不能省略。類體中內容稱為類的成員，類中的變量稱為類的屬性或成員變量，類中的函數稱為類的?法或者成員函數。
#include<iostream>
using namespace std;class Stack
{
public://成員函數void Push(int x){}void Pop(){}int Top(){return 0;}private://成員變量int* a;int top;int capacity;};int main()
{Stack st;st.Push(1);st.Pop();return 0;
}

  • 為了區分成員變量，?般習慣上成員變量會加?個特殊標識，如成員變量前?或者后?加_或者 m開頭，注意C++中這個并不是強制的，只是?些慣例。

  • C++中struct也可以定義類，C++兼容C中struct的?法，同時struct升級成了類，明顯的變化是struct中可以定義函數，?般情況下我們還是推薦?class定義類。

#include<iostream>
using namespace std;struct Date
{
public:void Init(int year, int month, int day);private://用_標識成員變量  聲明int _year;int _month;int _day;
};void Date::Init(int year, int month, int day)
{_year = year;_month = month;_day = day;
}int main()
{struct Date d1;Date d2;Date d3;d2.Init(2025, 8, 1);return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;//兼容C的struct用法
typedef struct ListNodeC
{int val;struct ListNodeC* next;
}LTNodeC;//CPP
struct ListNodeCPP
{int val;ListNodeCPP* next;
};int main()
{ListNodeCPP node;return 0;
}
  • 定義在類里?的成員函數默認為inline。

2、訪問限定符

在這里插入圖片描述

  • C++通過?種實現封裝的?式，?類將對象的屬性與?法結合在?塊，讓對象更加完善，通過訪問權限選擇性的將其接?提供給外部的??使?。

  • public修飾的成員在類外可以直接被訪問。protected和private修飾的成員在類外不能直接被訪問。

  • 訪問權限作?域從該訪問限定符出現的位置開始直到下?個訪問限定符出現時為?，如果后?沒有訪問限定符，作?域就到 }（類結束）。

  • class定義的成員未被訪問限定符修飾時默認為private，struct默認為public。

  • ?般成員變量都會被限制為private/protected，需要給別?使?的成員函數會放為public。

3、類域

  • 類定義了?個新的作?域，類的所有成員都在類的作?域中，在類體外定義成員時，需要使? :: 域操作符指明成員屬于哪個類域。

  • 類域影響的是編譯的查找規則，下?程序中Init如果不指定類域Stack，那么編譯器就把Init當成全局函數，那么編譯時，找不到array等成員的聲明/定義在哪?，就會報錯。指定類域Stack，就是知道Init是成員函數，當前域找不到的array等成員，就會到類域中去查找。

#include<iostream>
using namespace std;class Stack
{
public:void Init(int n = 4);private:int* _a;int _top;int _capacity;
};void Stack::Init(int n)
{_a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (_a == nullptr){perror("malloc fail");return;}_capacity = n;_top = 0;
}int main()
{Stack st;st.Init();return 0;
}

二、實例化

1、實例化概念

  • ?類類型在物理內存中創建對象的過程，稱為類實例化出對象。

  • 類是對對象進??種抽象描述，是?個模型?樣的東西，限定了類有哪些成員變量，這些成員變量只是聲明，沒有分配空間，?類實例化出對象時，才會分配空間。

  • ?個類可以實例化出多個對象，實例化出的對象占?實際的物理空間，存儲類成員變量。打個??：類實例化出對象就像現實中使?建筑設計圖建造出房?，類就像是設計圖，設計圖規劃了有多少個房間，房間??功能等，但是并沒有實體的建筑存在，也不能住?，?設計圖修建出房?，房?才能住?。同樣類就像設計圖?樣，不能存儲數據，實例化出的對象分配物理內存存儲數據。
    在這里插入圖片描述

#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://這里只是聲明，并沒有開空間int _year;int _month;int _day;
};int main()
{//Date類實例化出對象d1和d2Date d1;Date d2;d1.Init(2025,5,1);d1.Print();d2.Init(2025, 7, 29);d2.Print();return 0;
}

2、對象??

類實例化出的每個對象，都有獨?的數據空間，所以對象中肯定包含成員變量，那么是否包含成員函數呢？?先函數被編譯后是?段指令，對象中沒辦法存儲，這些指令存儲在?個單獨的區域(代碼段)，因此只能存儲成員函數的指針。再分析?下，對象中是否有存儲指針的必要呢，Date實例化d1和d2兩個對象，d1和d2都有各?獨?的成員變量_year/_month/_day存儲各?的數據，但是d1和d2的成員函數Init/Print指針卻是?樣的，存儲在對象中就浪費了。如果?Date實例化100個對象，那么成員函數指針就重復存儲100次，太浪費了。

還要注意，其實函數指針是不需要存儲的，函數指針是?個地址，調?函數被編譯成匯編指令[call 地址]，其實編譯器在編譯鏈接時，就要找到函數的地址，不是在運?時找，只有動態多態是在運?時找，就需要存儲函數地址。

上?我們分析了對象中只存儲成員變量，C++規定類實例化的對象也要符合內存對?的規則。
內存對?規則：
①：第?個成員位于結構體偏移量為0的地址處。

②：其他成員變量要對?到對?數整數倍的地址處。

注意：對?數=編譯器默認的?個對?數與該成員??的較?值，VS中默認的對?數為8。

③：嵌套的結構體對齊到自己成員中最大對齊數的整數倍。

④ ：結構體總??為：最?對?數（含嵌套結構體的對齊數）的整數倍。

#include<iostream>
using namespace std;// 計算?下A/B/C實例化的對象是多大？ 
class A
{
public:void Print(){cout << _ch << endl;}private:char _ch;int _i;
};class B
{
public:void Print(){//...}
};class C
{};int main()
{A a;B b;C c;cout << sizeof(a) << endl;cout << sizeof(b) << endl;cout << sizeof(c) << endl;return 0;
}

實例化對象a的大小計算：
在這里插入圖片描述

運行結果：
在這里插入圖片描述

上?的程序運?后，我們看到沒有成員變量的B和C類對象的??是1，為什么沒有成員變量還要給1個字節呢？因為如果?個字節都不給，怎么表?對象存在過呢！所以這?給1字節，純粹是為了占位標識對象存在。

三、this指針

  • Date類中有 Init 與 Print 兩個成員函數，函數體中沒有關于不同對象的區分，那當d1調?Init和Print函數時，該函數是如何知道應該訪問的是d1對象還是d2對象呢？那么這?就要看到C++給了?個隱含的this指針解決這?的問題。

  • 編譯器編譯后，類的成員函數默認都會在形參第?個位置，增加?個當前類類型的指針，叫做this指針。?如Date類的Init的真實原型為： void Init(Date* const this, int year, int month, int day)

  • 類的成員函數中訪問成員變量，本質都是通過this指針訪問的，如Init函數中給_year賦值， this->_year = year。

  • C++規定不能在實參和形參的位置顯?的寫this指針(編譯時編譯器會處理)，但是可以在函數體內顯?使?this指針。

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public://void Init(Date* const this, int year, int month, int day)void Init(int year, int month, int day){this->_year = year;this->_month = month;this->_day = day;}//void Print(Date* const this)void Print(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1;Date d2;//d1.Init(&d1,2025,5,1)d1.Init(2025, 5, 1);//d1.Print(&d1)d1.Print();//d2.Init(&d2,2025,10,1)d2.Init(2025, 10, 1);//d2.Print(&d2)d2.Print();return 0;
}

在這里插入圖片描述

四、C++和C語?實現Stack對?

?向對象三?特性：封裝、繼承、多態，下?的對?我們可以初步了解?下封裝。
通過下?兩份代碼對?，我們發現C++實現Stack形態上還是發?了挺多的變化，底層和邏輯上沒啥變化。

在這里插入圖片描述

  • C++中數據和函數都放到了類??，通過訪問限定符進?了限制，不能再隨意通過對象直接修改數據，這是C++封裝的?種體現，這個是最重要的變化。這?封裝的本質是?種更嚴格規范的管理，避免出現亂訪問修改的問題。

  • C++中有?些相對?便的語法，?如Init給的缺省參數會?便很多，成員函數每次不需要傳對象地址，因為this指針隱含的傳遞了，使?類型不再需要typedef來命名類名就很?便。

C實現Stack：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;int capacity;
}ST;void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->top = ps->capacity = 0;
}void STDestroy(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->top = ps->capacity = 0;
}void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);//檢查空間大小if (ps->top == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity * sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}ps->a = tmp;ps->capacity = newcapacity;}//入棧ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}bool STEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}void STPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty(ps));ps->top--;
}STDataType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty(ps));return ps->a[ps->top - 1];
}int STSize(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top;
}int main()
{ST s;STInit(&s);STPush(&s, 1);STPush(&s, 2);STPush(&s, 3);STPush(&s, 4);while (!STEmpty(&s)){printf("%d\n", STTop(&s));STPop(&s);}STDestroy(&s);return 0;
}

C++實現Stack：

#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>
using namespace std;typedef int STDataType;
class Stack
{
public://成員函數void Init(int n = 4){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (_a == nullptr){perror("malloc fail");return;}_capacity = n;_top = 0;}void Push(STDataType x){//檢查空間大小if (_top == _capacity){int newcapacity = _capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, sizeof(STDataType) * newcapacity);if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}_a = tmp;_capacity = newcapacity;}//入棧_a[_top++] = x;}void Pop(){assert(_top > 0);--_top;}bool Empty(){return _top == 0;}int& Top(){assert(_top > 0);return _a[_top - 1];}void Destroy(){free(_a);_a = nullptr;_top = _capacity = 0;}private://成員變量STDataType* _a;int _capacity;int _top;
};int main()
{Stack s;s.Init();s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);s.Push(4);while (!s.Empty()){printf("%d\n", s.Top());s.Pop();}s.Destroy();return 0;
}

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