C++————类和对象（一）

1.类定义格式

在C++中，类（class）是封装数据和操作这些数据的函数的构造。类的定义包含成员变量和成员函数。

类的基本定义格式如下：

class ClassName {// 访问修饰符public:// 公有成员DataType memberVariable;  // 成员变量void memberFunction() {   // 成员函数// 函数体}private:// 私有成员（可选）DataType privateVariable;protected:// 受保护成员（可选）DataType protectedVariable;

1. 成员变量：类中用于存储数据的变量，数据类型由 DataType 表示。
2. 成员函数：类中的函数，可以操作类的成员变量。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;class Car {
public:string brand;  // 公有成员变量int year;// 公有成员函数void start() {cout << "The car is starting." << endl;}
};int main() {// 创建对象Car myCar;// 访问对象的成员myCar.brand = "Toyota";myCar.year = 2021;cout << "Brand: " << myCar.brand << ", Year: " << myCar.year << endl;myCar.start();  // 调用成员函数return 0;
}

• 为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识，如成员变量前面或者后面加_或者m 开头。

示例代码：
使用 _ 前缀：
cpp
#include <iostream>
using namespace std;class Car {
public:string _brand;  // 使用 _ 前缀作为成员变量的标识int _year;void start() {cout << "The car is starting." << endl;}
};int main() {Car myCar;myCar._brand = "Toyota";myCar._year = 2021;cout << "Brand: " << myCar._brand << ", Year: " << myCar._year << endl;myCar.start();return 0;
}

这些做法有助于提高代码的可读性，尤其是在类中存在多个变量时，能够快速识别出哪些是成员变量，可以帮助提高代码的清晰度，尤其是在较大的项目中。

• C++中struct也可以定义类，C++兼容C中struct的用法，同时struct升级成了类，明显的变化是 struct中可以定义函数，⼀般情况下我们还是推荐用class定义类。

#include<iostream>
using namespace std;
// C++升级struct升级成了类// 1、类⾥⾯可以定义函数// 2、struct名称就可以代表类型// C++兼容C中struct的⽤法typedef struct ListNodeC
{struct ListNodeC* next;int val;
}LTNode;
// 不再需要typedef，ListNodeCPP就可以代表类型struct ListNodeCPP
{void Init(int x){next = nullptr;val = x;}ListNodeCPP* next;int val;
};int main()
{return 0;
}

• 定义在类面的成员函数默认为inline

在 C++ 中，类内定义的成员函数默认是 inline 的。这意味着，如果成员函数的实现出现在类的定义内部，编译器通常会尝试将该函数进行内联替换。

这也有一些好处：

• 减少函数调用开销：通过将函数的代码直接插入到调用的地方，避免了传统的函数调用机制（如栈操作、跳转等）的开销。
• 适用于短小函数：inline 通常适用于小型函数，尤其是成员函数。如果函数体非常简单，编译器会倾向于将其内联。

1.1 访问限定符

在 C++ 中，访问限定符（Access Specifiers） 用于控制类的成员（包括数据成员和成员函数）在类外部的访问权限。C++ 中有三种主要的访问限定符：public、private 和 protected。这些限定符决定了类的成员在类外如何被访问。

1.1.1 public

• 描述：public 成员是最宽松的，它允许类的外部代码访问这些成员。
• 适用场景：通常用于希望外部能够直接访问或修改的数据成员和成员函数，例如提供接口方法、获取和设置数据等。

示例：

class MyClass {
public:int publicValue;  // 公有成员void display() {  // 公有成员函数std::cout << "Public value: " << publicValue << std::endl;}
};int main() {MyClass obj;obj.publicValue = 10;  // 可以直接访问公有成员obj.display();  // 可以直接调用公有成员函数return 0;
}

1.1.2 private

• 描述：private 成员只能在类的内部访问，类的外部无法直接访问这些成员。即便是派生类也不能访问基类的 private 成员。
• 适用场景：通常用于将类的内部实现细节隐藏起来，防止外部代码直接修改，确保数据封装和类的安全性。

示例：

class MyClass {
private:int privateValue;  // 私有成员public:void setValue(int value) {  // 公有成员函数，用于修改私有成员privateValue = value;}void display() {std::cout << "Private value: " << privateValue << std::endl;}
};int main() {MyClass obj;// obj.privateValue = 10;  // 错误，不能直接访问私有成员obj.setValue(10);  // 可以通过公有成员函数间接访问obj.display();return 0;
}

1.1.3 protected

• 描述：protected 成员既不能被类外部访问，也不能被外部对象直接访问。但是，派生类可以访问基类的 protected 成员（但不能被外部直接访问）。因此，protected 成员适用于希望在类的外部隐藏，但允许派生类访问的成员。
• 适用场景：通常用于需要继承的类中，提供一个在派生类中可访问的成员。

protected 与 private 的区别

• private 成员只能在类的成员函数内部访问，派生类和外部代码都无法直接访问。
• protected 成员只能在类的成员函数和派生类中访问，外部代码不能访问。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;class Base {
protected:int protectedValue;  // 保护成员public:Base() : protectedValue(0) {}void setProtectedValue(int value) {protectedValue = value;}void display() {cout << "Protected value: " << protectedValue << endl;}
};class Derived : public Base {
public:void modify() {protectedValue = 100;  // 派生类可以访问基类的保护成员}
};int main() {Base baseObj;baseObj.setProtectedValue(10);baseObj.display();  // 输出: Protected value: 10Derived derivedObj;derivedObj.modify();derivedObj.display();  // 输出: Protected value: 100// baseObj.protectedValue = 200;  // 错误，不能访问保护成员// std::cout << baseObj.protectedValue << endl;  // 错误，不能直接访问保护成员return 0;
}

1.1.4 成员的默认访问级别

• 如果在类中没有指定访问级别：
  • 在 class 中，默认是 private。
  • 在 struct 中，默认是 public。

示例：

class MyClass {int value;  // 默认是 private
};struct MyStruct {int value;  // 默认是 public
};

//有遗漏的地方，再后续的类和对象的学习中会有补充！

1.2.类域

• 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。
• 类域影响的是编译的查找规则，下⾯程序中Init如果不指定类域Stack，那么编译器就把Init当成全 局函数，那么编译时，找不到array等成员的声明/定义在哪里，就会报错。指定类域Stack，就是知 道Init是成员函数，当前域找不到的array等成员，就会到类域中去查找。

#include<iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public://成员函数void Init(int n = 4);
private:// 成员变量int* array;size_t capacity;size_t top;
};
// 声明和定义分离，需要指定类域void Stack::Init(int n)
{array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (nullptr == array){perror("malloc申请空间失败");return;}capacity = n;top = 0;
}
int main()
{Stack st;st.Init();return 0;
}

2. 实例化

在 C++ 中，实例化（Instantiation）指的是根据一个类（class）的定义创建一个具体的对象。通过实例化，我们可以生成类的具体对象并在内存中分配空间。这个过程使得类变成可以操作和使用的实体。

2.1实例化的过程

实例化实际上是将类作为模板，创建出类的对象。对象是类的实例，它拥有类定义的属性和行为。实例化过程分为两个主要步骤：

1. 定义类：类是一个模板，包含成员变量（属性）和成员函数（方法），它只是一个概念上的蓝图。
2. 创建对象：通过类定义创建一个对象，分配内存并初始化对象的成员变量。

2.2 实例化的举例

假设我们有一个简单的 Car 类，定义了车的属性（如颜色和速度）以及行为（如启动和停车）。

2.2.1 类的定义

class Car {
public:// 成员变量string color;int speed;// 构造函数Car(string c, int s) : color(c), speed(s) {}// 成员函数void start() {cout << "The car is starting." << endl;}void stop() {cout << "The car is stopping." << endl;}
};

在这个类定义中，Car 类具有成员变量 color 和 speed，以及成员函数 start() 和 stop()。

2.2.2 实例化对象

实例化对象就是根据类模板创建出一个具体的对象。在 main 函数中，我们实例化了一个 Car 对象。

int main() {Car myCar("Red", 100);  // 实例化 Car 类对象 myCarmyCar.start();  // 调用 myCar 对象的 start 函数cout << "The color of the car is: " << myCar.color << endl;  // 输出 car 的颜色return 0;
}

在这个代码片段中，Car myCar("Red", 100); 就是实例化过程，我们创建了一个名为 myCar 的对象，它是 Car 类的一个实例。myCar 被初始化为红色，并且速度为 100。

myCar.start(); 和 myCar.color 展示了如何使用实例化出来的对象。

2.3 对象大小

在C++中，实例化对象时涉及到对象的大小，这个大小是由对象中包含的成员变量（数据成员）决定的。我们可以通过对对象大小的了解，进一步优化程序的内存管理。

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。
3. 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。
4. VS中默认的对齐数为8
5. 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。
6. 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

结构体对齐示例

#include <iostream>
using namespace std;struct Example {char c;    // 1 字节int i;     // 4 字节
};int main() {cout << "Size of Example: " << sizeof(Example) << " bytes" << endl;return 0;
}

输出可能为：

Size of Example: 8 bytes

3. this指针

在 C++ 中，this 指针是一个隐式存在的指针，指向当前对象的地址。它是类的成员函数在调用时自动提供的指针，可以用来访问当前对象的成员变量和成员函数。

this 指针的特点：

1. 隐式传递：this 指针是由编译器自动传递给成员函数的，你不需要显式传递它。
2. 指向当前对象：this 指针指向调用该成员函数的对象本身。因此，它可以用于访问当前对象的成员变量和成员函数。
3. 常量指针：this 指针是一个常量指针，意味着你不能改变它指向的对象。例如，this = some_object; 是不允许的。
4. C++规定不能在实参和形参的位置显示的写this指针(编译时编译器会处理)，但是可以在函数体内显示使用this指针。
5. 编译器编译后，类的成员函数默认都会在形参第⼀个位置，增加⼀个当前类类型的指针，叫做this 指针。
6. 类的成员函数中访问成员变量，本质都是通过this指针访问的

this 指针的使用场景：

区分成员变量和函数参数名冲突： 如果成员函数的参数名与成员变量相同，可以通过 this 指针来区分。

class MyClass {
private:int value;
public:void setValue(int value) {this->value = value;  // 使用 this 指针来区分成员变量和参数}
};