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我们通过日常生活中的洗衣服案例用通俗易懂的话来带领大家认识。 在生活中洗衣服通常要进行以上过程而【面向对象】关心的就是将这些具体的过程/解决问题的步骤按部就班的进行下去每个步骤可以将其封装成一个函数这些函数按照一定的次序来调用最终完成所需要做的事情我们将这种思想称之为 【面向对象】。
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。
我们还是以洗衣服为例进行理解说明 对于“我们”来说洗衣服就很少会亲自动手去洗至少“我”本人就是一直往洗衣机丢。我们将衣服洗衣液放到洗衣机里面由洗衣机完成后续工作而对于“我们”来说并不用关心衣服怎么来洗洗衣机会帮我们完成接下来的任务洗衣机实际是真正洗衣服的。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我们将这种思想称之为【面向对象】通过【面向对象】的方式处理“人”“脏衣服”“洗衣机”“洗衣液”“水”均为对象我们“洗衣服这件事情”是通过这些对象之间的“交互”把事情做完的。 2.类的引入
C在C语言的基础上做了一些改进使得C具有了面向对象编程的特性。其中最重要的改进就是提供了类的概念。
2.1类的解读
类的基本思想是数据抽象和封装。是具有相同的属性和操作的一组对象的集合它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述。封装实现了类的接口和实现的分离。封装隐藏了类的实现封装过后用户只能访问类的接口而不能访问类的实现。 在类和对象阶段主要是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。
有了基本认识过后我们可能会想到“类”是怎么来的呢 在之前我们已经说过了由于【C】兼容我们的【C】它最开始就是从结构体延伸而来的在【C】中照样可以使用结构体但是实际上在【C】中我们把结构体升级为了今天我们将会探讨的“类”。 我们还是以直观形象的代码为例进行理解接下来我将通过【C】和【C】两种语法使用情况下写出两种代码具体如下
// C兼容C结构体用法
typedef struct ListNode
{int val;struct ListNode* next;
}LTN;// C把结构体升级成了类
struct ListNode
{int val;ListNode* next;
};
解析 在【C】语言中我们定义的结构体struct ListNode是它的类型而在【C】当中我们的类型就是ListNode所以大家才会看到下面那种代码格式。 此时大家可能就会好奇既然【C】中的类是由【C】语言中的结构体引入来的那么是否这两者之间就是一样的呢答案当然是否定的大家试着想想如果都是一样的话我们在【C】语言中已经学过了在【C】完全就没必要在引入新概念了。 那么类和结构体之间到底有什么区别呢 1.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 2.结构使用栈存储而类使用堆存储。结构在声明的时候就已经为其分配栈上的内存了而类需要用new为其分配堆上的内存。 3.结构体内的变量和函数一般是 public 的可以在结构体作用域之外的地方使用但是类的变量和函数一般是 private 的只能被类作用域内的函数使用类外不可以直接获取到类中的变量。public 和private 具体什么意思后面会讲 具体什么意思呢我们一点点的来进行理解在我们之前学习数据结构的时候学到过【栈】的基本知识首先是定义了一个结构体在定义了各功能函数紧接着去一一实现即数据和方法是分离开的。但是在【C】中方法可以定义在其里面即功能函数的实现可以定义在“类”里面。通过代码大家仔细体会
struct Stack
{// 成员函数void Init(int n 4){//...capacity n;size 0;}void Push(int x){//...a[size] x;}// 成员变量int* a;int size;int capacity;};int main()
{Stack zp; // 用类stack实例化出对象zpzp.Init(10);zp.Push(1);zp.Push(2);zp.Push(3);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
定义一个类本质上是定义一个数据类型的蓝图。这实际上并没有定义任何数据但它定义了类的名称意味着什么也就是说它定义了类的对象包括了什么以及可以在这个对象上执行哪些操作。 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。
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。 例如我们使用关键字 【class】 定义 【student 】数据类型如下所示
class Date
{private:int _year;int _month;int _day;
};关键字 【public】 确定了类成员的访问属性。在类对象作用域内公共成员在类的外部是可访问的。您也可以指定类的成员为 【private 】或 【protected】这个我们稍后会进行讲解。 类中函数的两种定义方式 1. 声明和定义全部放在类体中 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文件中推荐 注意成员函数名前需要加类名:: 对于第一种方法就是我们上边写【栈】的那种方法。
至于第二种方法就是声明和实现分开的方法这种方法我们之前写数据结构时都是用的这种方法。一般情况下更期望采用第二种方式 最后说明一点在类中定义成员函数以及成员变量时不需要考虑定义的先后顺序也就是说即使成员变量放在成员函数的下面成员函数中依然可以使用成员变量 4.类的访问限定符及封装
在上述类的定义的两种方式中声明和定义方式下我们采用的是【struct】关键字大家是否验证过当我们换成【C】中的【class】之后是否还能正常编译成功呢在这里给出大家答案之后大家可以下去测试当我们换成【class】之后程序跑起来就会出现报错的情况具体如下: 但是当我们使用【class】之后程序就会出现以下现象 那么到底是什么原因呢这就需要研究访问限定符的问题了。
4.1 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现阶段我们只要会用public和private就可以(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privatestruct为public(因为struct要兼容C)
注意 还有一个细节问题就是我们的成员函数在定义时为了防止之后的冲突一般进行一些限制会在其前面或者后面加【_】根据个人习惯。 注意事项 1.不能在类的声明中对数据变量进行初始化 2.在类中声明的任何成员不能使用 extern、auto 和 register 存储类型关键字修饰 3.类声明中可以给出成员函数的参数的默认值 4.类中可以不含有任何成员变量和成员函数这样的类被称为空类。 5. 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 此外在定义类的成员函数的时候如果不在类的内部定义在内部给出定义默认为内联函数使用具体如下
返回值类型 类名::成员函数名形参列表
{函数体
}5.类的作用域
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。
class Person
{
public:void PrintPersonInfo();
private:char _name[20];char _gender[3];int _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{cout _name _gender _age endl;
}6.类的实例化
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 Person p//p占有实际的物理空间这里就是一个实例化的过程
Person p1;
Person p2;int main()
{Person._age 100; // 编译失败error C2059: 语法错误:“.”return 0;
}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。 7.类对象模型
7.1 如何计算类对象的大小
class Date
{
public:// 定义void Init(int year, int month, int day){_year year;_month month;_day day;}//private:int _year; // 声明int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;Date d2;d1.Init(2023, 2, 2);d1._year;d2.Init(2022, 2, 2);d2._year;cout sizeof(d1) endl;
}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 我们直接运行程序得到的结果如下
此时通过上述结合代码我们可以想到打印出来的大小似乎只打印了成员变量的大小而成员函数似乎不在我们的对象里面。要理解这个问题我们就需要探讨为什么成员变量在对象中成员函数不在对象中呢
7.2 类对象的存储方式 对象中包含类的各个成员首先我们需要理解我们硬是要把成员函数的地址存到对象当中可以吗答案当然是可以的但是为什么不放到对象里面呢大家可以想一想当我们真的放到对象里面的时候会不会存在巨大的浪费每个对象里面成员变量是独立的但是成员函数是公共的假设当我有10个函数就有10个指针就有40个字节当我们每个对象都放一份时就会造成巨大的浪费。因此就没有必要在放到对象里面去那么不当到对象里面应该放到哪去呢我们可以放到一个公共的区域这个公共的区域就是【代码段】调用时就不到对象里面去找而去这个公共的区域去查找。 因此在上述代码中就只需计算成员变量的大小因此就为12. 因此实例化后的对象的大小只需要计算成员变量大小即可当然类对象大小的计算与struct一样遵循结构体内存对齐规则。 我们通过一些例子来进行深入了解
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
{};int main()
{cout sizeof(A1) endl;cout sizeof(A2) endl;cout sizeof(A3) endl;return 0;
}输出结果为 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用来占位标识对象被实例化定义出来了。 8.this指针
8.1 this指针的引出
我们通过以下代码来引入指针问题
class Date
{
public:// 定义void Init(int year, int month, int day){_year year;_month month;_day day;}//private:int _year; // 声明int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;Date d2;d1.Init(2023, 2, 2);d1._year;d2.Init(2022, 2, 2);d2._year;cout sizeof(d1) endl;
}对于上述类有这样的一个问题 Date类中有 Init 这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 这就引入了即将要学的指针的知识 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。
编译器在编译过后它会自主的做一件事对我们来说不能做增加一个【this】并且调用的地方也会被改。所以这里的“年月日”并不是我们声明的而是【d1 or d2】的具体到底是【d1】的还是【d2】的如果是【d1】调用即是赋值给【d1】的【d2】同理。在实参或形参处千万不能自己显示去加这是编译器自己做的但是函数体内部可以使用这个this指针。
函数体内部使用这个this指针
class Date
{
public:// 定义void Init(int year, int month, int day){cout this endl;this-_year year;//这里可以使用this-_month month;this-_day day;}private:int _year; // 声明int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;Date d2;d1.Init(2023, 2, 2);d2.Init(2022, 2, 2);}输出结果为
8.2 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。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 8.3 this指针存在哪里
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。
8.4 this指针可以为空吗
我们还是借助代码来进行理解
class Date
{
public:// 定义void Init(int year, int month, int day){cout this endl;this-_year year;this-_month month;this-_day day;}void func(){cout this endl;cout func() endl;}private:int _year; // 声明int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;Date d2;d1.Init(2023, 2, 2);d2.Init(2022, 2, 2);Date* ptr nullptr;//ptr-Init(2022, 2, 2); // 运行崩溃ptr-func(); // 正常运行(*ptr).func(); // 正常运行
}解析 1.对于【ptr-func();】这行代码执行起来最后的结果是什么样的呢 当我们运行代码后我们的程序是正常运行的。我们一步步分析开始时去调用这个【func】这个成员函数时会显得十分奇怪。为什么呢因为这是一个【date】的指针但是却是一个空指针结果显示却是正常运行。**大家是不是都“蒙圈”了呀**怎么会是正常运行呢 2.对于【ptr-Init(2022, 2, 2); 】这行代码运行起来之后结果是怎么样的呢 上面两个问题我们结合起来看。首先大家是否明白【func】和【Init】是否在对象里面在【C】语言中我们学过在对象调用就用【.】,而指针调用则用【-】我们这个函数显然是不在对象里面的那么要调用【func】这个函数就要转换为【call】即一个地址那么这个地址到哪里去找呢我们在之前说过成员函数是在公共区域所以是去公共区域部分去找就是代码段所以说虽然这里有个【-】,但并没有发生解引用操作。其次我们调用成员函数需要传递【this】指针所以【ptr-func();】并没有解引用但是这个【ptr】传递给了【this】指针所以这里的【this】是个空并不会报错所以【ptr-func();】这行运行起来之后是正常运行。而对于【ptr-Init(2022, 2, 2); 】这行代码而言同理调用的时候不会崩但是紧随之后用【this】去进行解引用操作了所以程序就会崩溃。 最后看一行代码【 (*ptr).func(); 】 这行代码运行后结果怎么样呢 有了上面的知识我们知道在调用的时候这里是不会发生错误的大家注意这里的【ptr】是传递给【this】所以是能够正常运行的 我们通过调试在汇编情况看下这两行代码 大家会发现这两行代码的从汇编视角下看没有区别
注意 有没有解引用的行为取决于要访问右边的东西在不在对象里面而不是用没用那个符号。千万不要被事物的表面现象所迷惑 到此类和对象上的学习便到此结束了。大家一定要结合知识点多去总结和理解争取消化掉这部分知识。 本期知识如果对你有帮助的话记得点赞三连哟
