C++基础(2)——类和对象

目录

1. 类的引入：

2. 类的定义：

2.1类的定义以及基本结构：

2.2 类的访问限定符：

3. 类的声明与定义的分离：

4. 类的实例化：

5. 类的大小计算：

1. 类的引入：

      在数据结构系列的文章中，经常会使用结构体来构建例如顺序表，链表等数据结构的大体结构。在C语言中，结构体内部只能定义变量。但是在C++中，对结构体进行了修改，称之为类，类中不但可以定义变量，也可以定义函数。同时，类也兼容了C语言中结构体的所有用法。为了具体体现两种语言中结构体的不同，下面将通过一个示例进行解释：

     在数据结构的栈这一部分中，对于栈这一数据结构的定义可以由下面的代码表示：

struct Stack
{
	int* a;
	int top;
	int capacity;
};

void StackInit(struct Stack* ps);

void StackPush(struct Stack* ps, int x);

（注：此处只简单的引入栈的基本结构以及部分功能函数的声明，用于解释类和结构体的不同）

    在C语言中，如果不对结构体进行typedef来重命名，则在使用时，必须带上struct。在C++中，对这部分进行了优化，在使用结构体时，只需要结构体名即可。例如对于上述代码，在C语言中，如果想要使用结构体，需输入

struct Stack S1；

而在C++中使用时，类名即类型，不需要加上struct。即：

Stack S1;

      上面提到了，在C++中，类(结构体）中可以定义函数，如果将开头关于栈的相关代码利用C++进行修改，可以很好的简化代码书写，即：

struct Stack
{
	int* a;
	int top;
	int capacity;

	void Init();

	void Push(int x);
};

        从上面给出的代码不难看出，利用C++对栈的相关代码进行改写时，不但让函数中的参数数量减少，并且还化简了C语言中与栈相关的功能函数的函数名。例如向栈中插入元素，C语言中此函数的函数名为StackPush，在C++中为Push。这是因为在C语言中，由于结构体内部不能定义函数，并且对于其他种类的数据结构中，均有初始化函数Init。如果不在函数名之前加上不同种类数据结构的名字加以区分，并且在C语言中并不存在函数重载。会造成错误。

       而在C++中，因为类的作用域（对于类的作用域将在文章后部给予相关解释，本处只是提出这个概念关系，并且可以在类中定义函数，因此，可以在不同的类中，同时定义Init

2. 类的定义：

2.1类的定义以及基本结构：

      上面给出了定义类的一个方法，即利用struct，本部分给出另一个用于定义类的关键字class，具体结构如下：

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

       其中，class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}{}中为类的主体，类主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。

2.2 类的访问限定符：

  对于类的访问限定符，为public,protected,private

三者之间的区别为，public修饰的成员变量可以在类外访问。而protected,private修饰的成员变量只能在类中被访问。

对于三个访问限定符的作用权限，可分为下面两种情况：

    1.如果任意访问限定符(例如下面给出代码中访问限定符private)后面的代码中存在其他的访问限定符(例如下面代码中的public)，则private的作用权限在遇到public后截止。例如：

class Stack
{
	private:
		int* a;
		int top;
		int capacity;

    public:
	void Init();

	void Push(int x);
};

     2.如果任意的访问限定符(例如下面代码中的public)中截止到类的"}"之前没有其他的访问限定符，则public的访问权限作用截止到类的末尾。例如：

class Stack
{
	private:
		int* a;
		int top;
		int capacity;

    public:
	void Init();

	void Push(int x);
};

  对于struct,class这两个关键字都可以来定义类。二者的不同主要体现在默认的访问权限上，对于struct，其默认的访问权限为public。对于class，其默认的访问权限为private。

3. 类的声明与定义的分离：

     在之前数据结构的章节中，经常会让函数的声明和定义分离在两个文件中，对于类而言，加入在类中给出一个函数的声明，在外部给出函数的定义，方法如下：

void Stack::Init()
{
	a = 0;
	top = 0;
	capacity = 0;
}

  除了上述情况，如果将函数的声明与定义同时放在类中，会出现两种情况：

1. 函数的代码行数较少，此时函数会自动变为内联函数。

2. 函数的代码行数较多，函数不会变成内联函数。

class Stack
{
	private:
		int* a;
		int top;
		int capacity;

    public:
		void Init();

		void Push(int x)
		{
			a[top] = x;
			capacity++;
			top++;
	    }
};

       因此，对于较为短小的函数，适合之间定义在类中，而较为复杂的函数适合采用声明与定义分离的方法。

4. 类的实例化：

  定义如下：用类类型创建对象的过程，称为类的实例化。类是对对象进行描述的，是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员，定义出一个类，并没有分配实际的内存空间来存储它。例如：

class Stack
{
public:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

        在类中给出上面三个变量，需要注意，类中的变量，只是变量的声明，这种变量并没有在内存中开辟空间，在没有进行类的实例化的情况下，并不能进行使用，例如：

int main()
{

	Stack::_day = 2023;

	return 0;
}

        如果运行上述给出的代码，编译器会显示报错。这是因为此时的变量day只是一个声明，并没有在内存中开辟空间。

      如果想要使用上述变量，首先需要进行一次类的实例化，代码如下：

int main()
{

	Stack Time; //实例化
	Time._day = 12;
	Time._month = 11;
	Time._year = 2023;

	return 0;
}

5. 类的大小计算：

例如对于下面给出的类：

class Stack1
{
	void Push(int x)
	{
		
	}

public:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

class Stack2
{


public:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

      不难发现，上述代码给出的两个类中，不同点为Stack1中包含了一个函数，Stack2中只声明了三个整型变量。通过下面的代码打印其大小：
 

int main()
{
	Stack1 time;
	Stack2 time1;

	cout << sizeof(time) << endl;
	cout << sizeof(time1) << endl;
	return 0;
}

结果如下：

       不难发现，二者大小的值是相同的，也就是说，计算类的大小时，并没有将类中的函数计算在内。这是因为，在每次调用时，类中的变量都会接收不同的值，而函数除了传递的形式参数没有任何变化，因此，在类中，变量是独立存储的，而函数，则是在一个公共空间中存储的。

       如果将上述的类进行部分更改，即：

class Stack3
{


public:
	char _year;
	int _month;
	int _day;
};

 此时打印结果为：

通过打印结果不难发现，类中变量的存储依旧满足内存对齐原则，即：

1. 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
2. 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
3. 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。4. 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。 

在类的大小这部分，还有一个特殊的例子，即空类：

class Stack4
{

};

当打印空类的大小时，即：
 

int main()
{
	Stack4 a;

	cout << sizeof(a) << endl;
	return 0;
}

结果如下：

因此，对于上述无成员变量的类的对象(a)，大小为1字节。这1字节并不存储有效数字，仅用来表示定义的对象(a)存在。

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