二、類的引入

?C語言結(jié)構(gòu)體中只能定義變量，在C++中，結(jié)構(gòu)體升級成類內(nèi)不僅可以定義變量，也可以定義函數(shù)。比如：之前在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初階中，用C語言方式實現(xiàn)的棧，結(jié)構(gòu)體中只能定義變量；現(xiàn)在以C++方式實現(xiàn)，會發(fā)現(xiàn)struct中也可以定義函數(shù)。

Cpp代碼演示：

struct Stack
{//函數(shù)void Init(){a = nullptr;capacity = top = 0;}void Push(int x){a[top] = x;top++;}// ....其他函數(shù)//變量int* a;int top;int capacity;
};

但在CPP中更喜歡用class來代替struct，接下面我們來看看class用法（后面會介紹兩者區(qū)別）。

三、類的定義

class ClassName
{
// 類體：由成員函數(shù)和成員變量組成
};  // 一定要注意后面的分號

class為定義類的關(guān)鍵字，ClassName為類的名字，{ }中為類的主體，注意類定義結(jié)束時后面分號不能省略。
類體中內(nèi)容稱為類的成員：類中的變量稱為類的屬性或成員變量; 類中的函數(shù)稱為類的方法或者成員函數(shù)。

類的兩種定義方式：

1. 聲明和定義全部放在類體中，需注意：成員函數(shù)如果在類中定義，編譯器可能會將其當(dāng)成內(nèi)聯(lián)函數(shù)處理。
   
2. 類聲明放在.h文件中，成員函數(shù)定義放在.cpp文件中，注意：成員函數(shù)名前需要加類名::。
   

四、類的訪問限定符及封裝

4.1 訪問限定符

C++通常是將對象和方法封裝到一起，通過訪問權(quán)限的選擇性將接口提供給外部用戶。 而訪問權(quán)限分為以下3種：
【訪問限定符說明】：

1. public修飾的成員在類外可以直接被訪問， protected和private修飾的成員則相反。（此處protected和private是類似的）
2. 訪問權(quán)限作用域從該訪問限定符出現(xiàn)的位置開始直到下一個訪問限定符出現(xiàn)時為止。 如果后面沒有訪問限定符，作用域就到 } 即類結(jié)束。
3. class的默認(rèn)訪問權(quán)限為private，struct為public。(因為struct要兼容C)

Tips:訪問限定符只在編譯時有用，當(dāng)數(shù)據(jù)映射到內(nèi)存后，沒有任何訪問限定符上的區(qū)別

【經(jīng)典面試題】：C++中struct和class的區(qū)別是什么？
答案：C++需要兼容C語言，所以C++中struct可以當(dāng)成結(jié)構(gòu)體使用。另外C++中struct還可以用來定義類。和class定義類是一樣的，區(qū)別是struct定義的類默認(rèn)訪問權(quán)限是public，class定義的類默認(rèn)訪問權(quán)限是private。

4.2 封裝

封裝：將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，隱藏對象的屬性和實現(xiàn)細(xì)節(jié)，僅對外公開接口來和對象進(jìn)行交互。

封裝本質(zhì)上是一種管理，讓用戶更方便使用類。比如：對于電腦這樣一個復(fù)雜的設(shè)備，提供給用戶的就只有開關(guān)機(jī)鍵、通過鍵盤輸入，顯示器，USB插孔等，讓用戶和計算機(jī)進(jìn)行交互，完成日常事務(wù)。但實際上電腦真正工作的卻是CPU、顯卡、內(nèi)存等一些硬件元件。

但對于計算機(jī)使用者而言，不用關(guān)心內(nèi)部核心部件，比如主板上線路是如何布局的，CPU內(nèi)部是如何設(shè)計的等，用戶只需要知道，怎么開機(jī)、怎么通過鍵盤和鼠標(biāo)與計算機(jī)進(jìn)行交互即可。因此計算機(jī)廠商在出廠時，在外部套上殼子，將內(nèi)部實現(xiàn)細(xì)節(jié)隱藏起來，僅僅對外提供開關(guān)機(jī)、鼠標(biāo)以及鍵盤插孔等，讓用戶可以與計算機(jī)進(jìn)行交互即可。

五、類的作用域

類定義了一個新的作用域，類的所有成員都在類的作用域中。在類體外定義成員時，需要使用 :: 作用域操作符指明成員屬于哪個類域。(類和其他作用域不同，編譯時它是一個整體，定義變量時可以在任何地方，編譯器會在類的作用域種全局查找)

【代碼演示】：

class Date
{
public:void Print();private:int _year;int _month;int _day;
};//類體外定義成員函數(shù)
void Date::Print()
{cout << "_year" << "_month" << "_day" << endl;
}

六、類的實例化

用類的類型創(chuàng)建對象的過程，稱為類的實例化。

類是對對象進(jìn)行描述的，是一個模型一樣的東西，限定了類有哪些成員，定義出一個類并沒有分配實際的內(nèi)存空間來存儲它。但一個類可以實例化出多個對象，實例化出的對象占用實際的物理空間，存儲類成員變量。
?
做個比方。類實例化出對象就像現(xiàn)實中使用建筑設(shè)計圖建造出房子，類就像是設(shè)計圖，只設(shè)計出需要什么東西，但是并沒有實體的建筑存在，同樣類也只是一個設(shè)計，實例化出的對象才能實際存儲數(shù)據(jù)，占用物理空間。

七、類對象模型

7.1 類對象的存儲規(guī)則

我們先來看看這段代碼，求類和對象的大小。

class A
{
public:
void PrintA()
{cout<<_a<<_i<<_d<<endl;
}private:
char _a;
int _i;
double _d;
};

類中既可以有成員變量，又可以有成員函數(shù)。這里先說下成員變量和結(jié)構(gòu)體的計算規(guī)則是一樣的，但成員函數(shù)呢？

由于每個對象中成員變量是不同的，但是調(diào)用同一份函數(shù)，如果按照普通函數(shù)方式存儲，當(dāng)一個類創(chuàng)建多個對象時，每個對象中都會保存一份代碼，相同代碼保存多次，造成空間浪費(fèi)。因此，在C++中，對于類我們只保存成員變量，而成員函數(shù)存放在公共的代碼段。

7.2 例題

// 類中既有成員變量，又有成員函數(shù)
class A1 {
public:void f1(){}
private:int _a;
};// 類中僅有成員函數(shù)
class A2 {
public:void f2() {}
};// 類中什么都沒有---空類
class A3
{};

求：sizeof(A1) : ______ sizeof(A2) : ______ sizeof(A3) : ______（結(jié)果：4、1、1）

解析: A1的大小為4byte毫無疑問。但A2中僅有一個函數(shù)位于公共代碼區(qū)不算大小，A3更絕空類。對于這種特殊情況，C++定義其大小為1byte（占位，不存儲數(shù)據(jù)，僅僅表示對象存在過）

總結(jié)： 一個類的大小，實際就是該類中”成員變量”之和，當(dāng)然要注意內(nèi)存對齊。注意空類的大小，空類比較特殊，編譯器給了空類一個字節(jié)來唯一標(biāo)識這個類的對象。(表示占位，不存儲數(shù)據(jù)，僅僅表示對象存在過）

7.3結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊規(guī)則

1. 第一個成員在與結(jié)構(gòu)體偏移量為0的地址處。
2. 其他成員變量要對齊到某個數(shù)字（對齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處。
   注意：對齊數(shù) = 編譯器默認(rèn)的一個對齊數(shù) 與 該成員大小的較小值。
   VS中默認(rèn)的對齊數(shù)為8
3. 結(jié)構(gòu)體總大小為：最大對齊數(shù)（所有變量類型最大者與默認(rèn)對齊參數(shù)取最小）的整數(shù)倍。
4. 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對齊到自己的最大對齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體大小就是所有最大對齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對齊數(shù)）的整數(shù)倍。

【經(jīng)典面試題】：

1. 結(jié)構(gòu)體怎么對齊？ 為什么要進(jìn)行內(nèi)存對齊？
2. 如何讓結(jié)構(gòu)體按照指定的對齊參數(shù)進(jìn)行對齊？能否按照3、4、5即任意字節(jié)對齊？
3. 什么是大小端？如何測試某臺機(jī)器是大端還是小端，有沒有遇到過要考慮大小端的場景？

八、this指針

我們先來定義一個日期類 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; int _month; int _day; 
};int main()
{Date d1, d2;d1.Init(2022, 1, 11);d2.Init(2022, 1, 12);d1.Print();d2.Print();return 0;
}

對于上述類，有這樣的一個問題：
Date類中有 Init 與 Print 兩個成員函數(shù)，函數(shù)體中沒有關(guān)于不同對象的區(qū)分，那當(dāng)d1調(diào)用 Init 函數(shù)時，該函數(shù)是如何知道應(yīng)該設(shè)置d1對象，而不是設(shè)置d2對象呢？

C++中通過引入this指針解決該問題，即：C++編譯器給每個“非靜態(tài)的成員函數(shù)“增加了一個隱藏的指針參數(shù)，讓該指針指向當(dāng)前對象(函數(shù)運(yùn)行時調(diào)用該函數(shù)的對象)，在函數(shù)體中所有“成員變量”的操作，都是通過該指針去訪問。只不過所有的操作對用戶是透明的，即用戶不需要來傳遞，編譯器自動完成。

8.2 this指針的特性

1. this指針的類型：類的類型const*，即成員函數(shù)中，不能給this指針賦值。
   2.this指針只能在“成員函數(shù)”的內(nèi)部使用。( this在實參和形參位置不能顯示寫, 但是在類里面可以顯示的用)
2. this指針本質(zhì)上是“成員函數(shù)”的形參，當(dāng)對象調(diào)用成員函數(shù)時，將對象地址作為實參傳遞給this形參。所以對象中不存儲this指針。
3. this指針是“成員函數(shù)”第一個隱含的指針形參，一般情況由編譯器通過ecx寄存器自動傳遞，不需要用戶傳遞。

8.3 經(jīng)典面試題

面試題（一）

【面試題】：

1. this指針存在哪里？
2. this指針可以為空嗎？

答案： this指針存在棧區(qū)。this指針不可以為空。因為this指針是一個隱含的參數(shù)，它指向當(dāng)前對象的地址。當(dāng)我們在類的成員函數(shù)內(nèi)部使用this指針時，它指向調(diào)用該函數(shù)的對象。由于每個對象都有自己的地址，因此this指針始終指向一個有效的對象。

面試題（二）

我們在來看看騰訊的這道面試題：

// 1.下面程序編譯運(yùn)行結(jié)果是？ A、編譯報錯 B、運(yùn)行崩潰 C、正常運(yùn)行
class A
{void Print(){cout << "Print()" << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->Print();return 0;
}
//解析：本題主要在于P是否真的進(jìn)行了空指針的解引用。
//     由于p指向的成員變量，但Print函數(shù)實際存在公共代碼區(qū)（和全局變量類似）
//      所以實際上編譯器是不會對p進(jìn)行解引用。而是直接去符號表中查找Print函數(shù)地址。所以答案為C// 2.下面程序編譯運(yùn)行結(jié)果是？ A、編譯報錯 B、運(yùn)行崩潰 C、正常運(yùn)行
class A
{ 
public:void PrintA() {cout<<_a<<endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->PrintA();return 0;
}
//解析：這上面一樣，編譯器不會對p進(jìn)行空指針的解引用，而是將p作為this指針傳給PrintA函數(shù)。
//      而PrintA函數(shù)中，需要通過this(即p的形參)解引用指向_a，對空指針進(jìn)行非法行為，運(yùn)行崩潰

好了，本篇博客到此就結(jié)束了，希望能幫助到你。