类与对象 I :
- 前言:(C)面向过程 和(C++)面向对象 初步认识
- 前言:类的引入
- 一、类的介绍
- 二、类的定义
- (一)class 语法
- (二)类的两种定义方式:
- (三)成员变量命名规则的建议:
- 三、类的访问限定符及封装
- (一)访问限定符
- (二)访问限定符说明
- (三)C++中 **struct和class的区别** 是什么?【面试题】
- 四、封装
- (一)谈封装( 对于 封装 的理解 )
- 五、类的作用域
- 六、类的实例化
- (一)对类更深入的理解:
- (二)例子理解 类:
- 七、类对象模型
- (一)如何计算类对象的大小
- (二)类对象的存储方式猜测
- (三)结构体内存对齐规则
- 八、this指针
- (一)this指针的引出
- (二)this指针的特性
- C语言 和 C++ 实现Stack的对比
前言:(C)面向过程 和(C++)面向对象 初步认识
-
C语言 面向过程,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。
用洗衣服来做个例子:
-
C++ 基于面向对象,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。
整个过程主要是:人、衣服、洗衣粉、洗衣机四个对象之间交互完成的,人不需要关心洗衣机具体是如何洗衣服的,是如何甩干的。 对象具体怎么完成的,那是它的事情。
前言:类的引入
-
C语言结构体:只能定义变量
由于结构体中只能定义变量,导致函数只能在结构体外定义
- 导致数据和方法分离,所以必须带参数 才能访问在结构体中定义的变量 。
- 函数写在全局,必须加前缀(C中不支持同名【函数重载】)
- 导致数据和方法分离,所以必须带参数 才能访问在结构体中定义的变量 。
一、类的介绍
为了更方便使用,有了 类的产生:
C++兼容C语言struct的所有用法。 在C++中,结构体内不仅可以定义变量,也可以定义函数。
结构体struct同时升级成了类:
类[ 类型 ] = 结构体(变量定义)+ 函数定义
-
类名就是类型,Stack就是类型,不需要 struct( 直接当类型来用 )
-
类里面定义函数
-
类也是个域
C++中Stack
typedef int DataType;
struct Stack
{
//定义函数
void Init(size_t capacity)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(const DataType& data)
{
// 扩容
_array[_size] = data;
++_size;
}
DataType Top()
{
return _array[_size - 1];
}
void Destroy()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = nullptr;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
//定义变量
DataType* _array;
size_t _capacity;
size_t _size;
};
int main()
{
Stack s;
s.Init(10);
s.Push(1);
s.Push(2);
s.Push(3);
cout << s.Top() << endl;
s.Destroy();
return 0;
}
用类后,C++与C 进行对比
上面结构体的定义,在C++中更喜欢用class来代替
二、类的定义
(一)class 语法
// class :定义类的关键字,ClassName :类的名字
class className
{
// 类体:由成员函数和成员变量组成
}; // 一定要注意后面的分号
-
class 定义类的关键字
-
ClassName 类的名字
-
{}中为类的主体:
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。
-
注意类定义结束时 后面分号不能省略。
(二)类的两种定义方式:
-
声明和定义全部放在类体中
需注意: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。
- 类声明 放在
.h
文件 中,成员函数定义 放在.cpp
文件 中,
成员函数名前需要加类名::
-
★ 正确的用法:
-
长的函数 声明和定义分离
-
短小的函数 可以直接在类里面定义
默认直接在类里定义的 就是 inline。( 到底展不展开,取决于编译器是否认为其长不长 )
-
(三)成员变量命名规则的建议:
这里会出现什么问题
class Date
{
public:
void Init(int year /*函数参数*/ )
{
// 这里的year到底是成员变量,还是函数形参?
year = year;
}
private:
int year; /*成员变量*/
};
结果
- 都会现在所在的域中先找
改进:一般,成员变量 加个区分
-
[
_
表示 内部的 ]-
_year 【 最常用 】
-
year_
-
-
[
m
member 成员 ]-
m_year
-
mYear 驼峰命名法
-
其他方式也可以的,主要看公司要求。一般都是 加个前缀 或者 后缀标识区分就行 。
class Date
{
public:
void Init(int year)
{
_year = year; //
}
private:
int _year;
};
// 或者这样
class Date
{
public:
void Init(int year)
{
mYear = year; //
}
private:
int mYear;
};
// 其他方式也可以的,主要看公司要求。一般都是加个前缀或者后缀标识区分就行
三、类的访问限定符及封装
(一)访问限定符
C++实现封装的方式:用类将对象的属性与方法结合在一块,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 。
(二)访问限定符说明
-
public (公有)
public修饰的成员 在类外可以直接被访问
-
protected(保护)
-
private(私有)
protected(保护) 和 private(私有) 修饰的成员 在类外不能直接被访问 ( 此处 protected 和 private 是类似的,真正要区别二者要到继承 )
-
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 的 默认访问权限 为 private,struct为public 【 因为struct要兼容C 】
【 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 】
(三)C++中 struct和class的区别 是什么?【面试题】
-
C++需要兼容C语言,所以C++中struct可以当成结构体使用。
-
另外C++中struct还可以用来定义类。和class定义类是一样的 [ 区别:struct 定义的类 默认访问权限 是 public (C++兼容C),class 定义的类 默认访问权限 是 private。】
【注意:在继承和模板参数列表位置,struct和class也有区别,后序给大家介绍。】
四、封装
面向对象 的 三大特性:封装、继承、多态。【面试题】
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。
(一)谈封装( 对于 封装 的理解 )
封装本质上是一种管理,让用户更方便使用类。 比如:对于电脑这样一个复杂的设备,提供给用户的就只有开关机键、通过键盘输入,显示器,USB插孔等,让用户和计算机进行交互,完成日常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。
对于计算机使用者而言,不需要关心内部核心部件,比如主板上线路是如何布局的,CPU内部是如何设计的等,用户只需要知道,怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计算机厂商在出厂时,在外部套上壳子,将内部实现细节隐藏起来,仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等,让用户可以与计算机进行交互即可。
在C++语言中实现封装,可以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。
五、类的作用域
类定义了一个新的作用域。【 { } 中定义的都是 域 】
- 类的所有成员 都在 类的作用域中。
- 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。
class Person
{
public:
void PrintPersonInfo(); //声明和定义分离
private:
char _name[20];
char _gender[3];
int _age;
};
//定义:这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{
cout << _name << " "<< _gender << " " << _age << endl;
}
六、类的实例化
(一)对类更深入的理解:
用类类型创建对象的过程,称为类的实例化 。
-
类 是对 对象 进行的 描述,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 ,但 并没有分配实际的内存空间来存储它;
-
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
(二)例子理解 类:
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,只设计出需要什么东西,但是并没有实体的建筑存在,同样类也只是一个设计,实例化出的对象才能实际存储数据,占用物理空间。
七、类对象模型
(一)如何计算类对象的大小
class A
{
public:
void PrintA()
{
cout<<_a<<endl;
}
private:
char _a;
};
问题:类中既可以有成员变量,又可以有成员函数,那么一个类的对象中包含了什么?如何计算一个类的大小?
(二)类对象的存储方式猜测
- 对象中包含类的各个成员
缺陷:每个对象中成员变量是不同的,但是调用同一份函数。
如果按照此种方式存储,当一个类创建多个对象时,每个对象中都会保存一份代码,相同代码保存多次,浪费空间。 那么如何解决呢?
-
代码只保存一份,在对象中保存存放代码的地址
-
只保存成员变量,成员函数存放公共的代码段
问题:对于上述三种存储方式,那计算机到底是按照那种方式来存储的?
// 类中既有成员变量,又有成员函数
class A1 {
public:
void f1(){}
private:
int _a;
};
// 类中仅有成员函数
class A2 {
public:
void f2() {}
};
// 类中什么都没有---空类 //没有成员 => 不需要存储数据
class A3
{};
sizeof(A1) : ______ sizeof(A2) : ______ sizeof(A3) : ______
结论: 一个类的大小,实际就是该类中”成员变量”之和,当然要注意内存对齐
注意空类的大小,空类比较特殊,编译器给了 空类( 这个字节不存储有效数据 ) 一个字节 来 唯一标识这个类的对象。
(三)结构体内存对齐规则
-
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 :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 。
【面试题】
-
结构体怎么对齐? 为什么要进行内存对齐?
-
如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐?能否按照3、4、5即任意字节对齐?
-
什么是大小端?如何测试某台机器是大端还是小端,有没有遇到过要考虑大小端的场景
八、this指针
(一)this指针的引出
我们先来定义一个日期类 Date
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; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
int main()
{
Date d1, d2;
d1.Init(2022,1,11);
d2.Init(2022, 1, 12);
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}
对于上述类,有这样的一个问题:
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 函数时,该函数是如何知道应该设置d1对象,而不是设置d2对象呢?
C++中通过引入this指针解决该问题,即: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 。
(二)this指针的特性
-
this指针的类型:类类型 * const ,即成员函数中,不能给this指针赋值。
-
只能在“成员函数”的内部使用
-
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 【 和局部变量一样,存在栈帧上 】。所以 对象中不存储this指针。
-
this指针是 “成员函数” 第一个 隐含的指针形参,一般情况由 编译器 通过 ecx寄存器 自动传递,不需要用户传递
-
CPU 访问内存 —> 嫌 访问内存太慢了
-
经常访问的 或 小变量 => 存寄存器( 非常快 )
【 只是逻辑上是这样,显式写出传递的类对象的地址,显式写出接收的 * this 指针 。实际中并不会显式写出,也不能像这样显式写出。 】
- 不能显示的写 this相关 的 实参 和 形参
- 但是可以在类里面显示的使用。(有些时候,是需要用this指针的)
【面试题】
- this指针存在哪里?
- this指针可以为空吗?
C语言 和 C++ 实现Stack的对比
- C语言实现
typedef int DataType;
typedef struct Stack
{
DataType* array;
int capacity;
int size;
}Stack;
void StackInit(Stack* ps)
{
assert(ps);
ps->array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
if (NULL == ps->array)
{
assert(0);
return;
}
ps->capacity = 3;
ps->size = 0;
}
void StackDestroy(Stack* ps) // C 每次调用函数都要传地址过来
{
assert(ps);
if (ps->array)
{
free(ps->array);
ps->array = NULL;
ps->capacity = 0;
ps->size = 0;
}
}
void CheckCapacity(Stack* ps)
{
if (ps->size == ps->capacity) //还要用指针去访问
{
int newcapacity = ps->capacity * 2;
DataType* temp = (DataType*)realloc(ps->array,
newcapacity*sizeof(DataType));
if (temp == NULL)
{
perror("realloc申请空间失败!!!");
return;
}
ps->array = temp;
ps->capacity = newcapacity;
}
}
void StackPush(Stack* ps, DataType data)
{
assert(ps);
CheckCapacity(ps);
ps->array[ps->size] = data;
ps->size++;
}
int StackEmpty(Stack* ps)
{
assert(ps);
return 0 == ps->size;
}
void StackPop(Stack* ps)
{
if (StackEmpty(ps))
return;
ps->size--;
}
DataType StackTop(Stack* ps)
{
assert(!StackEmpty(ps));
return ps->array[ps->size - 1];
}
int StackSize(Stack* ps)
{
assert(ps);
return ps->size;
}
int main()
{
Stack s;
StackInit(&s); //每次都要 传指针
StackPush(&s, 1);
StackPush(&s, 2);
StackPush(&s, 3);
StackPush(&s, 4);
printf("%d\n", StackTop(&s));
printf("%d\n", StackSize(&s));
StackPop(&s);
StackPop(&s);
printf("%d\n", StackTop(&s));
printf("%d\n", StackSize(&s));
StackDestroy(&s);
return 0;
}
在用 C语言实现时,Stack相关操作函数有以下共性:
- 每个函数的 第一个参数都是Stack*
- 函数中必须要对第一个参数检测,因为该参数可能会为NULL
- 函数中都是 通过Stack*参数操作栈 的
- 调用时必须传递Stack结构体变量的地址
结构体中只能定义 存放数据 的结构,操作数据的方法 不能放在结构体中,即 数据和操作数据的方式是分离开的 ,而且实现上相当复杂一点,涉及到大量指针操作,稍不注意可能就会出错。
- C++实现
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
void Init()
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
if (NULL == _array)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
_capacity = 3;
_size = 0;
}
void Push(DataType data)
{
CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
void Pop()
{
if (Empty())
return;
_size--;
}
DataType Top(){ return _array[_size - 1];}
int Empty() { return 0 == _size;}
int Size(){ return _size;}
void Destroy()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = NULL;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
void CheckCapacity()
{
if (_size == _capacity)
{
int newcapacity = _capacity * 2;
DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *
sizeof(DataType));
if (temp == NULL)
{
perror("realloc申请空间失败!!!");
return;
}
_array = temp;
_capacity = newcapacity;
}
}
private: //成员变量
DataType* _array;
int _capacity;
int _size;
};
int main()
{
Stack s;
s.Init(); //C++不用传指针,直接在类里 可以直接用
s.Push(1); //把工作都交给编译器
s.Push(2);
s.Push(3);
s.Push(4);
printf("%d\n", s.Top());
printf("%d\n", s.Size());
s.Pop();
s.Pop();
printf("%d\n", s.Top());
printf("%d\n", s.Size());
s.Destroy();
return 0;
}
- 访问限定符【 成员变量 一般是 私有的 】 => 使函数调用更规范
C++中通过 类可以将 数据 以及 操作数据的方法 进行完美结合,通过 访问权限 可以控制那些方法 在类外可以被调用,即 封装,在使用时就像使用自己的成员一样 ,更符合人类对一件事物的认知。
而且每个方法不需要传递Stack*的参数了【 不需要传指针了 】,编译器编译之后该参数会自动还原,即C++中 Stack * 参数 是 编译器维护 的( 传参都由编译器来传 ),C语言中需用用户自己维护。