类与对象（一）-创新互联

目录

1.面向过程和面向对象初步认识

2.类的引入

3.类的定义

类的两种定义方式：

4.类的访问限定符及封装

4.1 访问限定符

4.2 封装

封装

封装的意义

对象封装原则

5.类的作用域

6.类的实例化

7.类对象模型

8.this指针

8.1 this指针的引出

8.2 this指针的特性

  （1）C语言是面向过程的，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。

比如：现在我要洗个衣服，我需要：拿个盆子、放水、放衣服、放洗衣粉、手搓、放洗衣粉、换水、手搓、拧干、晾衣服，这些是每一个具体的步骤

 （2）C++是基于面向对象的，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。 我们不需要考虑其中具体过程，经过别的物品之手完成此事便可

还是洗衣服：面向对象的解释：

  C语言结构体中只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。比如：之前在数据结构初阶中，用C语言方式实现的栈，结构体中只能定义变量；现在以C++方式实现，会发现struct中也可以定义函数。（c++是兼容c语言的，在c++中一般使用class来定义类，class和struct有许多不同）

  class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后面分号不能省略。

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

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。

 1. 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。

2. 类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中，注意：成员函数名前需要加类名   ::

  一般情况下，更期望采用第二种方式。注意：上课为了方便演示使用方式一定义类，大家后序工作中尽量使用第二种。

【 访问限定符说明】

1. public修饰的成员在类外可以直接被访问

2. protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问(此处protected和private是类似的)

3. 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

4. 如果后面没有访问限定符，作用域就到   }  即类结束。

5. 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

C++中struct和class的区别是什么？

  解答：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，区别是struct定义的类默认访问权限是public，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，class可以创建生成模板，而c++不可以。

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。

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

 封装是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。

（1）封装是实现面向对象的第一步，封装就是将数据或函数等集合在一个单元中（类）。被封装的对象通常被称为抽象数据类型。

（2）类具有封装性，类能够把数据和算法（操作数据的函数）组合在一起，构成一个不可分割的整体；

（3）类具有信息隐藏的能力，它能够有效地把类的内部数据（即私有和受保护成员）隐藏起来，使外部函数只能通过类的公有成员才能访问类的内部数据，并且控制访问级别。

封装使类成为一个具有内部数据的自我隐藏能力、功能独立的软件模块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，不用关心内部核心部件，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。

a)保护或防止代码（数据）在无意中被破坏。保护类中的成员，不让类以外的程序直接访问或修改，只能通过提供的公共接口访问（数据封装）

b)隐藏方法（实现）细节，只要接口不变，内容的修改不会影响到外部的调用者（方法封装）

c)封装可以使对象拥有完整的属性和方法（类中的函数）

d)外部不能直接访问对象的属性，只能通过该属性对应的公有方法访问

a）内聚：指一个模块（类）内部各个部分之间的关联程度

b) 耦合：指各个模块（类）之间的关联程度

总结：用类实现封装，用封装来实现高内聚，低耦合

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。

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

1. 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；比如：入学时填写的学生信息表，表格就可以看成是一个类，来描述具体学生信息。

2. 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

int main() {
    Person._age = 100;   // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”4
   return 0;
 }

 在上面这一段代码当中，Person类是没有空间的，只有Person类实例化出的对象才有具体的年龄。

3. 做个比方。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，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

问：如何计算类对象的大小？

（1）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，成员函数存放在公共的代码段

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，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类的对象。（在gcc下空类为0，g++下为1进行标识）

看下面俩个例子：

class a{
private:
	int a;
	double b;
	short c;

};

class b {
private:
	int a;
	short c;
	double b;

};

为啥只是定义的前后顺序不同，类的大小就不相同，这是因为内存对齐的缘故

对结构体A来说，a是int类型占4个字节(从0~3)，b是short类型占2个字节(从4~5)，c占8个字节(从8~15)。而对于对结构体B来说，a是int类型占4个字节(从0~3)，b是double类型占8个字节(从8~15)，c占2个字节(从16~17)。 

 结构体的内存对齐规则：

  对齐规则是按照成员的声明顺序，依次安排内存，其偏移量为成员大小的整数倍，0看做任何成员的整数倍。最后结构体的大小为大成员的整数倍  (所以这里的B中，最后结构体大小为double的倍数是24，而不是18)。

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：大对齐数（所有变量类型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大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是

所有大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

问：

1. 结构体怎么对齐？ 为什么要进行内存对齐？

答：

（1）. 平台原因(移植原因)： 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据
的；某些硬件平台只能 在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

（2）. 性能原因： 数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。 原因在
于，为了访问未对齐的 内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问
仅需要一次访问。
总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。优点是提高了可移植性和cpu性能

2. 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？

设置对齐参数可在结构体struct之前加上#pragma pack(对齐数)，在struct之后加上#pragma pack;便可以设置对齐参数。

设置字节对齐一般是只支持1 2 4 8 16这种2的幂指数，class和结构体的计算方式类似

ps:Vc,Vs等编译器默认是#pragma pack(8)，所以测试我们的规则会正常；注意gcc默认是#pragma pack(4)，并且gcc只支持1,2,4对齐

3. 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

大小端是指数据在内存中的保存方式。
顾名思义 大小端 就是大端和小端。
大端模式：
所谓的大端模式，是指数据的高字节，保存在内存的低地址中，数据的低字节，保存在内存的高地址中。
低地址存在高位，高地址存在低位。
例子：
0000430: e684 6c4e 0100 1800 53ef 0100 0100 0000
大端模式下，前32位应该读为：e6 84 6c 4e
例如 int a=0x12345678
大端模式下存储为12 34 56 78
int a =10;
大端模式下为 00 00 00 0a

小端模式
所谓的小端模式，是指数据的低字节，保存在内存的高地址中，数据的高字节，保存在内存的低地址中。
低地址存在低位，高地址存在高位。
例子：
0000430: e684 6c4e 0100 1800 53ef 0100 0100 0000
小端模式下，前32位应该读为：4e 6c 84 e6
例如 int a=0x12345678
小端模式下存储为78 56 34 12
int a =10;

class Date

{ 

public:
 void Init(int year, int month, int day)
 {
 _year = year;
 _month = month;
 _day = day;
 }
 
 void Print()
 {
 cout<<_year<< "-"<<_month<< "-"<< _day<

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。