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【C++】类和对象上

news 2025/8/2 8:44:54

1.类的定义

1.1类定义格式

类的定义需要用到新的关键字class，Stack位类的名字，{}中为类的主体。与结构体相似，定义结束时后面的分号不能省略。与结构体不同的是，类可以定义函数。

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。

定义在类里面的成员函数默认为inline。

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;class Stack
{
public://成员函数void Init(int n = 4){array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (nullptr == array){perror("malloc fail");exit(1);}capacity = n;top = 0;}void Push(int x){// ...扩容 array[top++] = x;}int Top(){assert(top > 0);return array[top - 1];}void Destroy(){free(array);array = nullptr;top = capacity = 0;}private://成员变量int* array;rsize_t capacity;rsize_t top;
};int main()
{Stack st;st.Init();st.Push(1);st.Push(2);cout << st.Top() << endl;st.Destroy();return 0;
}

为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识，如成员变量前面或者后⾯加_或者m 开头，注意C++中这个并不是强制的，只是⼀些惯例。

class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day) {_year = year;_month = month;_day = day;}private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;d1.Init(2025, 7, 31);return 0;
}

C++中struct也可以定义类，C++兼容C中struct的用法，同时struct升级成了类，明显的变化是 struct中可以定义函数，⼀般情况下我们还是推荐用class定义类。

//c
typedef struct ListNodeC
{struct ListNodeC* next;int val;
}LTNode;//c++将struct升级为类
struct ListNodeCPP
{void Init(int x){next = nullptr;val = x;}ListNodeCPP* next;int val;
};

1.2访问限定符

类中让对象更加完善，通过访问权限选择性的将其接口提供给外部的用户使用。
public修饰的成员在类外可以直接被访问；protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问，protected和private是一样的，以后继承章节才能体现出他们的区别。
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 } 即类结束。
class定义成员没有被访问限定符修饰时默认为private，struct默认为public。
⼀般成员变量都会被限制为私有，需要给别⼈使用的成员函数会放为公有。

1.3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::作⽤域操作符指明成员属于哪个类域。

类域影响的是编译的查找规则，下面程序中Init如果不指定类域Stack，那么编译器就把Init当成全局函数，那么编译时，找不到array等成员的声明/定义在哪里，就会报错。指定类域Stack，就是知道Init是成员函数，当前域找不到的array等成员，就会到类域中去查找。

class Stack
{
public:// 成员函数 void Init(int n = 4);
private:// 成员变量 int* array;size_t capacity;size_t top;
};// 声明和定义分离，需要指定类域 
void Stack::Init(int n)
{array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (nullptr == array){perror("malloc申请空间失败");return;}capacity = n;top = 0;
}int main()
{Stack st;st.Init();return 0;
}

2.实例化

2.1实例化概念

⽤类类型在物理内存中创建对象的过程，称为类实例化出对象。
类是对象进⾏⼀种抽象描述，是⼀个模型⼀样的东西，限定了类有哪些成员变量，这些成员变量只是声明，没有分配空间，用类实例化出对象时，才会分配空间。
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。打个比方：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，设计图规划了有多少个房间，房间大小功能等，但是并没有实体的建筑存在，也不能住⼈，用设计图修建出房子，房子才能住人。同样类就像设计图⼀样，不能存储数据，实例化出的对象分配物理内存存储数据。

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public:void Init(int year,int month,int day){_year = year;_month = month;_day = day;}private:int _year;//声明int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;//类实例化对象Date d2;return 0;
}

2.2对象的大小

首先函数被编译后是⼀段指令，对象中没办法存储，这些指令存储在⼀个单独的区域(代码段)，那么对象中非要存储的话，只能是成员函数的指针。再分析⼀下，对象中是否有存储指针的必要呢，Date实例化d1和d2两个对象，d1和d2都有各自独立的成员变量 _year/_month/_day存储各⾃的数据，但是d1和d2的成员函数Init/Print指针却是一样的，存储在对象中就浪费了。如果⽤Date实例化100个对象，那么成员函数指针就重复存储100次，太浪费了。

函数指针是不需要存储的，函数指针是⼀个地址，调用函数被编译成汇编指令[call 地址]，其实编译器在编译链接时，就要找到函数的地址，不是在运行时找，只有动态多态是在运行时找，就需要存储函数地址

简单来说，类中只存储成员变量，不存储成员函数的地址。

#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;}int _year;//声明int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;//类实例化对象Date d2;d1.Init(2025, 8, 1);d2.Init(2025, 1, 3);//这两个_year需要不同的空间存储独立的值d1._year++;d2._year++;//print函数指针是一样的，不需要独立的空间。d1.Print();d2.Print(); return 0;
}

内存对齐规则：

第⼀个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
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
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。
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。

这里要注意，当类里面无成员变量时，分配一字节，纯粹是为了占位标识对象存在。

3.this指针

Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用Init和 Print函数时，该函数是如何知道应该访问的是d1对象还是d2对象呢？那么这里就要看到C++给了⼀个隐含的this指针解决这里的问题

编译器编译后，类的成员函数默认都会在形参第⼀个位置，增加⼀个当前类类型的指针，叫做this 指针。比如Date类的Init的真实原型为void Init(Date* const this, int year, int month, int day)

	void Init(int year,int month,int day){_year = year;_month = month;_day = day;}void Init(Date* this, int year, int month, int day){this->_year = year;this->_month = month;this->_day = day;}

类的成员函数中访问成员变量，本质都是通过this指针访问的，如Init函数中给_year赋值， this- >_year = year;

	void Print(){cout << _year << "." << _month << "." << _day << endl;}void Print(Date* this){cout << this->_year << "." << this->_month << "." << this->_day << endl;}int main()
{//d1.Print();//d2.Print(); d1.Print(&d1);d2.Print(&d2); return 0;
}

C++规定不能在实参和形参的位置显示的写this指针(编译时编译器会处理)，但是可以在函数体内显示使用this指针。

4.C++和C语言实现Stack对比

⾯向对象三大特性：封装、继承、多态，下面的对比我们可以初步了解⼀下封装。

通过下面两份代码对比，我们发现C++实现Stack形态上还是发生了挺多的变化，底层和逻辑上没啥变化

C++中数据和函数都放到了类里面，通过访问限定符进行了限制，不能再随意通过对象直接修改数据，这是C++封装的⼀种体现，这个是最重要的变化。这里的封装的本质是⼀种更严格规范的管理，避免出现乱访问修改的问题。当然封装不仅仅是这样的，我们后面还需要不断的去学习。
C++中有⼀些相对方便的语法，比如Init给的缺省参数会方便很多，成员函数每次不需要传对象地址，因为this指针隐含的传递了，方便了很多，使用类型不再需要typedef用类名就很方便
在我们这个C++入门阶段实现的Stack看起来变了很多，但是实质上变化不大。等着我们后面看STL 中的用适配器实现的Stack，大家再感受C++的魅力。

C实现Stack代码：

#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 = 0;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);// 满了， 扩容 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;}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++实现Stack代码

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:// 成员函数 void Init(int n = 4){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (nullptr == _a){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = n;_top = 0;}void Push(STDataType x){if (_top == _capacity){int newcapacity = _capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity *sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}_a = tmp;_capacity = newcapacity;}_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:// 成员变量 STDataType* _a;size_t _capacity;size_t _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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http://www.lryc.cn/news/607088.html