C++类和对象（上）

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  • I do not believe in taking the right decision. I take a decision and make it right.

    • 我不相信什么正确的决定。我都是先做决定然后把事情做好。

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文章目录

📘前言

C++在原C语言的基础上新增了面向对象(Object-Oriented)的思想使其从一门关注解题方法与过程的语言转变为关注解题对象的语言对于C++来说万物皆可是对象下面跟随我的脚步一起走进C++类和对象的世界
类和对象

📘正文

下面就用一个经典的如何洗衣服的例子来形象理解面向过程和面向对象的区别

📖面向过程

面向过程关注的是解决问题的步骤和过程

  1. 找到衣服
  2. 把洗衣机打开
  3. 将衣服和洗衣粉倒入其中
  4. 关上洗衣机
  5. 设置洗衣程序等待衣服洗好

以面向过程的思维解决洗衣服这个事情需要经过以上几个步骤可以看到各个步骤环环相扣假若其中一个步骤做错了将会影响到后续操作

面向过程解决问题的优点是执行速度比较快专注于如何高效、迅速解决问题
面向过程

📖面向对象

面向对象关注的是解决间各对象间的关系

  1. 实例化一个洗衣类对象
  2. 将衣服交给此对象
  3. 等待程序解决问题

可以看到在面向对象的思想中存在人、衣服、洗衣机等对象我们不需要关注洗衣机是如何把衣服洗好的我们只需要关注问题本身即通过洗衣机把衣服给洗干净建立各对象间的关系就能轻松解决问题

面向对象的优点是易维护、易复用、易扩展具有封装、继承、多态等特性适合解决大型问题
面向对象

总之面向过程思想无法满足开发大型程序的需求面向对象思想应运而生

  • 早在上世纪80年代祖师爷等人就提出了面向对象思想后续诞生的许多高级语言都是基于这种思想解决问题比如Java、Python、C#当然还有基于C语言的C++
  • 面向过程适用单片机、嵌入式、驱动开发等对效率要求高的领域
  • 面向对象多用于服务端等大型项目开发

面向对象的三大特性 封装、继承、多态 本文及后续几篇文章中主要是介绍 封装这也是类和对象的主要研究对象

📖类

🖋️基本形式

要想拥有对象就得先有类类的定义形式类似于C语言中的结构体当然C++中的结构体也可以用来定义类但我们一般不这样做而是通过一个新的关键字class来进行类的定义

  • C语言结构体中无法定义函数且默认所有成员为公有
  • C++的类中支持定义函数将其称为成员函数并且类中的所有成员默认为私有
//C语言
struct C
{
	int add(int x, int y);	//报错C语言结构体中不允许函数声明
};

下面来看看C++实现

//C++
struct CPP
{
	int add(int x, int y);	//成功C++中的struct可以看作类而类中允许定义函数
};

//一般将类定义为下面这种方式
class CPP
{
	int add(int x, int y);	//我们一般通过 class 定义类
};

class 是新增的关键字其定义形式与 struct 一致都需要在结尾加上 ; 号不过 class 中除了可以定义普通变量外(成员变量)还可以定义函数(成员函数)引入 class 的主要目的是为了将类更好的封装起来得益于各种访问限定符的限制使得 class 比单纯的 struct 安全许多

//类的定义形式
class ClassName
{
public:
	int add(int x, int y);	//成员函数 add
	//……
private:
	int _a;	//成员变量 _a
	int _b;
	//……
};

类的两种定义方式

  • 将函数定义写在类中即在类中声明函数时就把它实现这种方式一般用于短小且被经常调用的函数此时会被编译器当作内联函数处理提高运行速度
  • 在类中定义函数(.h头文件)在类外定义实现函数(.cpp文件)此时因为定义与声明是分开的实现时需要加上类名比如上面的类分开定义实现时需要写成 ClassName::add 的形式

🖋️访问限定符

在 class 中有三种访问限定修饰符

  • public 公有可以在类外访问成员
  • protected 保护能在类中被访问也能在其派生类中被访问
  • private 私有被修饰成员只能在类中访问

对于 class 来说如果不加访问限定符修饰其成员全部为私有而 struct 默认全部为公有(兼容C语言)

加上访问限定符后其影响区域自上而下自到遇到下一个访问限定符或类末尾结束

class Limit
{
//公有
public:
	int _a;
	int _b;
//保护
protected:
	int _c;
//私有
private:
	int _d;
	int _e;
	int _f;
};

对于上述代码来说_a、_b 为公有_c 为保护_d、_e、_f 为私有
访问限定符的引入是为了确保封装的完整性使对象属性更加完善

注意 访问限定符只在编译时有用当数据映射到内存后没有任何访问限定符上的区别

🖋️成员变量

在 class 中定义的普通变量或者自定义类型变量称为 成员变量一般简称为 成员

每个实例化出来的对象都有属于自己的 成员变量 互不冲突但为了使 成员变量 更加容易辨别我们一般会在 成员变量 前加上 _ 修饰

//定义一个日期类
class Date
{
private:
	int _year;	//年
	int _month;	//月
	int _day;	//日
	//上述变量都被称为类中的成员变量简称为 成员
};

🖋️成员函数

类 的重要特征之一就是可以在其中定义函数此时定义的函数称为 成员函数 一般称之为 方法

对于属于同一类的多个对象它们的 成员函数 是公用的因为 成员函数 虽然明面上写在 类 中但实际上处于 代码段对象调用时是通过地址调用的函数

//定义一个日期类
class Date
{
public:
	//构造函数后续会介绍
	Date()
		: _year(1970)
		, _month(1)
		, _day(1)
	{}

	//打印日期类对象
	void Print()
	{
		cout << _year << "年";
		cout << _month << "月";
		cout << _day << "日";
		cout << endl;
	}
	//上述函数都被称为类中的成员函数一般称为 方法
	
private:
	int _year;	//年
	int _month;	//月
	int _day;	//日
	//上述变量都被称为类中的成员变量简称为 成员

注意 定义在类中的成员变量和成员函数不讲究定义位置也就是说即使成员变量定义在成员函数之下成员函数也能正常调用

🖋️实例化及调用

当我们拥有一个正常的类后就可以通过实例化的方式创建对象

//假设已经写了上面的类
//……

int main()
{
	Date d1;	//实例化出对象 d1实际d1值为 1970 1 1
	return 0;
}

我们可以通过 . 操作符实现类中方法的调用类似于结构体的调用方式

//假设已经写了上面的类
//……

int main()
{
	Date d1;	//实例化出对象 d1实际d1值为 1970 1 1
	d1.Print();	//调用 Date 类中的 Print 方法打印 1970年1月1日
	return 0;
}

注意 同一个 类 可以实例化多次产生多个 对象 这些 对象 的 成员变量 都是独立存在的但 成员函数 是共用的就像是在一个小区内开发商按施工图纸类搭建了多栋住宅楼对象而每栋住宅楼中的用户、设施等都是独立存在的成员变量但小区中的健身器材、公共厕所、门口保安等都是公有成员函数假设给每个对象都配上属于自己成员函数那么会造成严重的资源浪费

类

🖋️类的大小

既然成员函数不存储在类中那么计算类的大小时只需要计算成员变量大小和就行了类的计算也遵循内存对齐规则即C语言结构体计算大小那一套规则

//定义一个日期类
class Date
{
public:
	//构造函数后续会介绍
	Date()
		: _year(1970)
		, _month(1)
		, _day(1)
	{}

	//打印日期类对象
	void Print()
	{
		cout << _year << "年";
		cout << _month << "月";
		cout << _day << "日";
		cout << endl;
	}
	//上述函数都被称为类中的成员函数一般称为 方法
	
private:
	int _year;	//年
	int _month;	//月
	int _day;	//日
	//上述变量都被称为类中的成员变量简称为 成员
};

sizeof(Date) = 12 字节
int 4字节占位 0123依次推算三个 int 占位为 0 1 2 3 、4 5 6 7、8 9 10 11最终对齐为 12 字节

注意 空类即不含成员变量的类大小为 1字节这 1字节并不存储数据只是用来表示此类实例化对象后存在

📖this指针

类的特性每个对象都有属于自己的成员变量而成员函数需要通过对象来调用这就意味着只要发生了调用成员函数的行为就一定能找到对象对应的成员变量

因此C++ 编译器做了这样一件事给每个非静态成员函数增加了一个隐藏参数 this 指针该指针指向调用成员函数的对象至于成员函数中涉及该对象成员变量的操作都是通过 this 指针调用的

这种行为是编译器自动执行的我们无法干预

//假设已经写了上面的类
//……

int main()
{
	Date d1;	//实例化出对象 d1实际d1值为 1970 1 1
	d1.Print();	//调用 Date 类中的 Print 方法打印 1970年1月1日
	return 0;
}

这里的 Print 函数能做到不传递参数就能打印 d1 值正是得益于 this 指针的存在
在函数调用时实际是这样的

d1.Print(&d1);	//其中 &d1 这个参数传递是由编译器自动完成的我们不能主动干预

函数接收并实现时是这样的

void Print(Date* const this)	//这个参数也是编译器自动设计并接收使用的
{
	cout << this->_year;
	//……

	//实际使用中下面两种形式是完全一样的即使我们不主动通过 this 指针指向成员变量
	//编译器也会自动给我们加上 this 指针指向当前对象的成员变量
	_year;	//实际效果等价于 this->_year
	this->_year;
}

注意

  • this 指针是被 const 修饰的也就是说 this 指针只能指向当前对象
  • this 指针只能在成员函数的内部使用
  • this 指针不存储在对象中是通过参数传参的形式传递给 成员函数 的这个行为是编译器自动执行的
  • this 指针是一个隐含形参位于参数列表的第一个一般情况下通过寄存器 ecx 自动传递
  • 可以存在一个指向空的对象指针 pc通过此指针调用函数时只要不发生 this 指针解引用情况是不会报错的因为此时 this 指针为空指针

this指针

📘总结

以上就是类和对象上的全部内容了我们简单了解面向过程和面向对象的区别学习了类的各种特性初步理解了C++的封装实现最后还知道了 this 指针的存在体验到了类和对象的巧妙用法在下一篇文章中我们将会学习类中的各种默认成员函数看看当初祖师爷在设计类时都出现了哪些问题后续是如何解决问题的以及类中更为有趣的成员函数

如果你觉得本文写的还不错的话期待留下一个小小的赞👍你的支持是我分享的最大动力

如果本文有不足或错误的地方随时欢迎指出我会在第一时间改正

星辰大海

…

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