【C++】类和对象的引入

前言

• 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。

比如洗衣机洗衣服的过程：
总共四个对象：人、衣服、洗衣液、洗衣机。
面向过程：主要是人将衣服放进洗衣机，再倒入洗衣液，启动洗衣机，然后洗衣机完成洗衣功能这些过程。
面向对象：整个过程是人、衣服、洗衣液、洗衣机这四个对象之间交互完成的。主要关注对象和对象之间的关系和交互。

一、类的定义

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。

class className
{
	//类体：由成员函数和成员变量组成
};

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。

是不是有点像C语言的struct结构体？
C语言的结构体中只能定义变量，struct在C++中升级成了类，不仅可以定义变量，也可以定义函数。struct在C++中既可以当成结构体使用，也可以当做类。

注意事项：
1.声明和定义全部放在类体中。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.类声明放在类中，成员函数定义在类外。此时成员函数定义前要加类名::，类内定义则不用。

class Date
{
public:
	void Print();
	int _year = 1;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
};

void Date::Print()
{
	cout << _year << "-" << _month << "-" << _day;
}

成员变量命名规则的建议：加前缀或者后缀用于区分成员变量和函数参数，一般在变量前加下划线_

二、类的访问控制与封装

访问限定符：

public（公有）：可以在类外直接被访问。
private（私有）：只能在类的内部访问。
private（保护）：只能在类的内部及派生类（子类）中访问。

访问限定符规则：

1.public修饰的成员在类外可以直接被访问；private和protect修饰的不能在类外直接被访问。
2.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，如果后面没有访问限定符，作用域就到类结束为止。
3.struct的类默认访问权限是public（struct要兼容C），class的类默认访问权限是private（私有）。

封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

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。C++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。

封装的好处：

1.隐藏事物的实现细节
2.提高了代码的复用性
3.提高了安全性

三、类的作用域

C++有四个作用域：局部域，全局域，命名空间域，类域。

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，需要使用域作用限定符 :: 指明成员属于哪个类域。

class Date
{
public:
	void Print();
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

//函数名前面加类域::  说明该函数是属于这个类域的
void Date::Print()
{
	cout << _year << "-" << _month << "-" << _day;
}

四、类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化。

类只是说明了类有哪些成员，只是描述了对象，类的定义并没有分配实际的内存空间来存储它。 比如定义一个日期类。编译器并没有为此开辟新的空间。

class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

一个类可以实例化多个对象，实例化出的对象占用实际的物理空间，存储类成员变量 。以上述日期类为例实例化对象。

int main()
{
	Date d1;//创建一个类对象
	d1.Init(2024, 6, 10);
	Date d2;
	Date d3;//实例化多个对象
	return 0;
}

五、类的存储方式及大小计算

类对象中只存储成员变量，没有存储成员函数，类的成员函数存放在公共代码区，所有类对象共用。 因为每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一份函数。所以为了避免相同代码保存多次浪费空间，把类的成员函数放在公共代码区。

类的大小计算是不包括成员函数的，计算规则与C语言结构体大小计算规则一样，遵循结构体内存对齐规则。但是，空类的大小不是0，而是占用1个字节。（这与下面的this指针有关）

六、隐藏的this指针

定义一个日期类。

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;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1, d2;
	d1.Init(2024, 6, 10);
	d1.Print();
	d2.Init(2024, 9, 1);
	d2.Print();
	return 0;
}

对于上面这个日期类，实例化出两个对象d1和d2，d1和d2调用Init()和Print()函数时，都是去公共代码区调用的，并且Init()和Print()函数都是访问的_year，_month，_day，编译器是如何确定d1和d2的成员变量呢？

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。

每个非静态成员函数都有个隐藏的this指针，但我们不能显示的写出来，因为他是隐含的，我们不能抢了编译器的活。但是我们可以直接在类里面使用。

this指针的特性

1.this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，this指针不能被修改，但指向的内容可以修改。
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。因为是形参，所以this指针跟普通参数一样存在函数调用的栈帧里面。

下面两段代码练习一下

下面的程序的运行结果是？ A.编译报错 B.运行崩溃 C.正常运行

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

答案：C
这段程序可以正常编译运行，因为ths指针接收到p传过来的空指针nullptr，但是没有解引用。

下面的程序的运行结果是？ A.编译报错 B.运行崩溃 C.正常运行

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

答案：B
通过隐藏的this指针去访问成员变量，实际上执行的是this->_a，对空指针进行了解引用，所以程序会崩溃。