【知识点】

类与对象的初步认知
类的引入
类的定义
类的作用域
类的实例化
类的访问限定符及封装
类的对象大小的计算
类成员函数的this指针

1. 类与对象的初步认知

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。
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。

2. 类的引入

C语言中，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。

struct Student
{
	void SetStudentInfo(const char* name, const char* gender, int age)
	{
		strcpy(_name, name);
		strcpy(_gender, gender);
		_age = age;
	}
	void PrintStudentInfo()
	{
		cout << _name << " " << _gender << " " << _age << endl;
	}
	char _name[20];
	char _gender[3];
	int _age;
};
int main()
{
	Student s;
	s.SetStudentInfo("Peter", "男", 18);
	return 0;
}

上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替。

3. 类的定义

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。
类中的元素称为类的成员：类中的数据称为类的属性或者成员变量; 类中的函数称为类的方法或者成员函数。

类的两种定义方式：

声明和定义全部放在类体中，需要注意：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。

class Student
{
public:
	void showInfo()
	{
		cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
	}
private:
	int _age;
	char* _name;
	char* _sex;
};

声明放在.h文件中，类的定义放在.cpp文件中。

声明在student中：

class Student
{
public:
	void showInfo();
	
private:
	int _age;
	char* _name;
	char* _sex;
};

实现在student.cpp中：

#include "student.h"
void Student::showInfo()
{
	cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
}

一般情况下，更期望采用第二种方式。

4. 类的作用域

1. 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。

访问限定符说明：

public修饰的成员在类外可以直接被访问

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)

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

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

问题：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可以当成结构体去使用。另外C++中struct还可以用来定义类。和class是定义类是一样的，区别是struct的成员默认访问方式是public，class是struct的成员默认访问方式是private。

2. 封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

在类和对象阶段，我们只研究类的封装特性，那什么是封装呢？

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。

封装本质上是一种管理：我们如何管理兵马俑呢？比如如果什么都不管，兵马俑就被随意破坏了。那么我们首先建了一座房子把兵马俑给封装起来。但是我们目的全封装起来，不让别人看。所以我们开放了售票通道，可以买票突破封装在合理的监管机制下进去参观。类也是一样，我们使用类数据和方法都封装到一下。不想给别人看到的，我们使用protected/private把成员封装起来。开放一些共有的成员函数对成员合理的访问。所以封装本质是一种管理。

5. 类的实例化

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，需要使用 :: 作用域解析符指明成员属于哪个类域。

// 这里需要指定showInfo是属于Student这个类域
void Student::showInfo()
{
	cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
}

6. 类的访问限定符及封装

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

类只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。

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。

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。

7. 类的对象大小的计算

1. 如何计算类对象的大小

// 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
class A3
{};

sizeof(A1) : ______ sizeof(A2) : ______ sizeof(A3) : ______

答案：4 1 1
结论：一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然也要进行内存对齐，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(证明存在过)。

2. 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，gcc中的对齐数为4

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。

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。

为什么要进行内存对齐
节省时间，提高效率。
如vs默认对齐数为8，每次读取8字节数据，对齐后读取一个8字节的数据只需一次，未对其则需要两次。

如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐(修改默认对齐数)
#pragma pack(4)
“()” 里为要修改成的对齐数
博客：结构体内存对齐

如何知道结构体中某个成员相对于结构体起始位置的偏移量
博客：结构体内存对齐

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
博客：大小端

8. 类成员函数的this指针

1. this指针的概念

C++编译器给每个“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。

2. this指针的特性

this指针的类型：类类型* const。

只能在“成员函数”的内部使用。

this指针本质上其实是一个成员函数的形参，是对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this形参。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。

this指针存在哪里？

当一个对象调用某成员函数时会隐式传入一个参数，这个参数就是this指针。this指针中存放的就是这个对象的首地址。编译器帮我们把类数据和成员函数关联起来的并通过名称粉碎和编译时检查等形式防止外部的任意访问。那么这个this指针存放在哪里呢？其实编译器在生成程序时加入了获取对象首地址的相关代码。并把获取的首地址存放在了寄存器ECX中(VC++编译器是放在ECX中，其它编译器有可能不同)。也就是成员函数的其它参数正常都是存放在栈中。而this指针参数则是存放在寄存器中。类的静态成员函数因为没有this指针这个参数，所以类的静态成员函数也就无法调用类的非静态成员变量。

this指针可以为空吗？
来看下面的代码：

// 1.下面程序能编译通过吗？
// 2.下面程序会崩溃吗？在哪里崩溃
class A
{
public:
	void PrintA()
	{
		cout << _a << endl;
	}
	void Show()
	{
		cout << "Show()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* p = NULL;
	p->Show();
	p->PrintA();

	return 0;
}

此段代码能编译通过，但程序却崩溃了，调试发现在 “cout << _a << endl;” 处出现了问题。

经过细心的比较就可以发现，"p->Show"跟"p->PrintA()"的本质区别：类 A 的成员函数中用到了this指针。
对于类成员函数而言，并不是一个对象对应一个单独的成员函数体，而是此类的所有对象共用这个成员函数体。当程序被编译之后，此成员函数地址即已确定。而成员函数之所以能把属于此类的各个对象的数据区别开, 就是靠这个this指针。函数体内所有对类数据成员的访问，都会被转化为this->数据成员的方式。
而一个对象的this指针并不是对象本身的一部分，不会影响sizeof（“对象”）的结果。this作用域是在类内部，当在类的非静态成员函数中访问类的非静态成员的时候，编译器会自动将对象本身的地址作为一个隐含参数传递给函数。也就是说，即使你没有写上this指针，编译器在编译的时候也是加上this的，它作为非静态成员函数的隐含形参，对各成员的访问均通过this进行。
对于上面的例子来说，this的值也就是p的值。也就是说this的值为NULL。而Show()是静态函数，编译器不会给它传递this指针，所以"p->Show"那行代码可以正确调用（这里相当于A::Show()）；而对于"p->PrintA()"成员函数要访问类的成员变量，因此要使用this指针，这个时候发现this指针的值为NULL，就会造成程序的崩溃。

类和对象(上)