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前言
什么是面向对象#xff1f;
类的定义
类的访问限定符及封装
访问限定符
封装
类的作用域
类的实例化
类对象的存储方式
this指针
结语 前言
最早的C版本#xff08;C with classes#xff09;中#xff0c;最先加上的就是类的机制#xff0c;它构成…目录
前言
什么是面向对象
类的定义
类的访问限定符及封装
访问限定符
封装
类的作用域
类的实例化
类对象的存储方式
this指针
结语 前言
最早的C版本C with classes中最先加上的就是类的机制它构成了面向对象编程OOP的基础。封装继承多态作为面向对象编程OOP的三大特性极大的降低了我们项目过程中的代码编写和维护难度。类使C有了与C语言不同的编程模式OOP这也是让其区别于C语言成为一名独立编程语言的诸多原因之一。本篇博客是C类和对象内容的第一篇将会介绍什么是面向对象关于最基础类的定义类的访问限定符以及封装等内容。
什么是面向对象
在来到C之前想必大家已经接触过C语言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。拿洗衣服来举例如果采用面向过程的逻辑那么洗衣服这个过程是这样的 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。这次同样拿洗衣服来举例如果采用面向对象的逻辑洗衣服这个过程就是这样的 面向对象Object-Oriented简称OOOOP就是Object Oriented Programming是一种程序设计模型它将数据和操作数据的方法绑定在一起作为一个单独的对象。在面向对象编程中程序员定义的是对象这些对象包含数据属性以及操作这些数据的方法函数。 面向对象和面向过程的主要区别体现在以下几个方面 关注点 面向过程Procedure-Oriented关注于步骤与流程即先做什么后做什么。它按照步骤一步一步解决问题是一种线性化的思考方式。面向对象Object-Oriented关注于对象对象由数据和操作数据的方法组成它将现实世界中的事物抽象为对象并通过对象之间的交互来解决问题。复用性 面向过程代码复用性差因为函数是独立的需要重复编写相似的逻辑。面向对象代码复用性好因为可以通过继承和多态等机制让子类复用父类的属性和方法。扩展性 面向过程随着程序规模的增大维护和扩展变得困难。面向对象由于数据和方法的封装使得程序的维护和扩展变得相对容易。设计思路 面向过程是自顶向下的设计即先考虑整体架构再逐步细化。面向对象是自底向上的设计即先定义对象然后让对象之间通过消息传递来交互形成整个系统。 到这里大家应该能稍微体会到面向对象逻辑了。
类的定义
上面刚刚提到面向对象的设计模式能将数据成员变量和操作数据的方法函数绑定在一起具体是怎么绑定的这就是我们要引入的内容——类。
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。
上面结构体的定义在C中更喜欢用class来代替。没错当你使用class来定义成员变量和函数时你就已经触及到类最基本的用法了。 class className { // 类体由成员函数和成员变量组成 }; // 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。
类的两种定义方式
1. 声明和定义不分离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类内部定义的函数默认加了inline不过是否内联取决于编译器。
2. 声明和定义分离类声明放在.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。 注在博客的案例代码中方便演示一般使用方式一定义类大家后序工作中尽量使用第二种 类成员变量的命名规则
class Date
{
public:void Init(int year){// 这里的year到底是成员变量还是函数形参year year;}
private:int year;
};
为了避免上面这种命名造成的麻烦我们对成员变量一般采取前面加 _下划线的命名方式如下
class Date
{
public:void Init(int year){_year year;}
private:int _year;
};
类的访问限定符及封装
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。C中的类的访问限定符用来控制类成员的访问权限。它们主要有三种public、protected和private。这些访问限定符决定了类的成员包括数据成员和成员函数在类外部的可访问性。 通俗地说这些访问限定符就像是一道道门控制谁能进入这个房间类谁能看到或操作房间里的哪些东西类的成员。 public 公开的门。任何外部的代码都可以直接访问public成员。这就像是房间的门完全打开任何人都可以自由进出看到并操作房间里的所有东西。public修饰的成员在类外可以直接被访问。 protected 半掩的门。protected成员在类的外部是不可直接访问的但在派生类中却是可以访问的。这就像是房间的门半开着外面的人不能直接进去但房间里的某些特定的人派生类可以进去。它通常用于那些需要在派生类中继承但不需要在类外部直接访问的成员。 private 锁着的门。private成员只能被类的成员函数和友元函数访问外部的代码是无法访问的。这就像是房间的门完全锁着只有持有钥匙的人类的成员函数和友元函数才能打开并进入。它通常用于那些不需要在类外部被直接访问的数据成员确保数据的封装性和安全性。 对于上面大家没有学过的词目前可以不必深究这里我们需要知道的内容有 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(在没有学习继承多态前可以认为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默认访问权限为public(因为struct要兼容C) 注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 成员变量b和c无法在类外部直接访问但是在类的内部比如类的成员函数中是可以随意访问的。 你可能会问C中的struct和class是否有区别这也是一道面试题 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publicclass定义的类默认访问权限是private。 注在继承和模板参数列表位置struct和class也有区别后序给大家介绍。 封装
这就讲道了面向对象三大特性封装继承多态之一的封装。 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。封装的主要目的是隐藏对象的属性和实现细节仅对外公开接口以达到提高代码安全性、可维护性和可复用性的目的。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。 类的作用域
类定义了一个新的作用域每个类都具有自己的类域该类的成员包括数据成员和成员函数都局部于该类所属的类域中。这意味着在类的定义中声明的成员名被引入类的作用域中而两个不同的类具有两个独立的类作用域。即使两个类具有完全相同的成员列表它们也是不同的类型每个类的成员不同于任何其他类的成员。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 A
{
public:void Print();
};
// 这里需要指定Print是属于A这个类域
void A::Print()
{cout hello endl;
}
int main()
{A a;a.Print();return 0;
} 类的实例化
类的实例化是指创建一个类的对象的过程。简单来说类的实例化就是将抽象的类转化为具体的对象的过程。类是对对象进行描述的这个对象会拥有类中定义的属性和方法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。
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。 在上面的代码例子当中A类是没有空间的只有A实例化出来的对象aa才能访问其数据成员和成员函数。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。 类对象的存储方式
class A
{
public:void PrintA(){cout _a endl;}
private:int _a;
};int main()
{A aa;cout sizeof(A): sizeof(A) endl;cout sizeof(aa): sizeof(aa) endl;return 0;
}
在我们使用类创建对象的过程中是否像过对象的内存具体是如何存储的呢让咱们来探索一下我们可以给类对象存储方式做出如下三种猜测。
1. 对象中包含类的多个成员 缺陷此种放方式将成员变量和成员函数统统在创建对象的时候存储一遍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
2. 代码只保存一份在对象中保存存放代码的地址 3. 只保存成员变量成员函数放在公共的代码段 想要探索具体是以上三种方式的哪一种可以自己动手通过编译器测试一下。 会发现PrintA这个函数并没有在对象中占内存空间。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和C语言中struct的对齐规则相同。什么你不知道什么是内存对齐没关系我之前也专门写过一篇博文有struct内存对齐相关规则探索可以进去看看了解一下自定义类型-结构体联合体和枚举-C语言-CSDN博客
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如下
// 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(A2): sizeof(A2) endl;cout sizeof(A3) sizeof(A3) endl;return 0;
} 经过如上验证第三种存储方式才是C真正所采用的。
this指针
在C中this指针是一个特殊的指针它存在于类的非静态成员函数中。它指向调用该成员函数的对象本身。当我们在成员函数内部想要引用当前对象时就可以使用this指针。 概念this指针是类的一个隐含的形参编译器在调用成员函数时自动传递当前对象的地址。this指针总是指向成员函数所属对象的内存地址。 this指针只存在于类的非静态成员函数中。静态成员函数没有this指针因为静态成员函数不依赖于特定的对象实例它们与类本身相关联。 当我们调用一个非静态成员函数时实际上编译器会自动传递当前对象的地址给该函数。我们不需要显式地传递this指针它是隐式传递的。 this指针用途 当我们需要在成员函数中返回对象本身时可以使用return *this;这时this就派上了用场。在函数内部如果成员变量和局部变量同名我们可以使用this-来引用成员变量。可以通过this指针在函数内部获取对象的大小使用sizeof(*this)。 下面是this指针的使用案例大家可以对照规则去感受其使用。
class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year year;_month month;_day day;}Date Copy(const Date d) //此函数为赋值{_year d._year;_month d._month;_day d._day;// 用法1return *this;// 可以实现连续赋值}void Print(){// 用法2cout this-_year - this-_month - this-_day endl;}void PrintSize(){//用法3cout sizeof(*this) endl;}
private:int _year; // 年int _month; // 月int _day; // 日
};
int main()
{Date d1, d2, d3;d1.Init(0, 0, 0);d2.Init(0, 0, 0);d3.Init(2022, 1, 12);d1.Print();d2.Print();d3.Print();cout endl;d1 d2.Copy(d3);d1.Print();d2.Print();d3.Print();d1.PrintSize();return 0;
} 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。 this指针特性 this指针的类型类型* 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。 以下有两道面试真题
1. this指针存储在哪 在C中this指针是一个隐含的指针它并不显式地存储在对象的内存布局中。相反this指针是在编译时由编译器自动处理的。当非静态成员函数被调用时编译器会隐式地将当前对象的地址作为this指针传递给该函数。这个传递是自动的程序员不需要显式地传递它。 在成员函数内部this指针是一个指向调用该函数的对象本身的指针。它指向当前对象的内存地址因此可以用来访问该对象的成员变量和成员函数。 尽管this指针在成员函数内部是可见的但它并不占用对象本身的内存空间。它更像是一个函数调用的上下文信息由编译器在内部处理。 需要注意的是this指针的存在是依赖于非静态成员函数的调用的。静态成员函数没有this指针因为静态成员函数不依赖于特定的对象实例而是与类本身相关联。 总结来说this指针在C中是一个编译时构造由编译器自动处理并不显式地存储在对象的内存布局中。它指向当前对象的内存地址用于在成员函数内部访问对象的成员。 2. this可以为空吗
// 1.下面程序编译运行结果是 A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:void Print(){cout Print() endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p nullptr;p-Print();return 0;
}
大家的第一反应可能是A或者B那就大错特错了这个程序能运行而且运行的很好。
再来看看下面这段代码。
// 1.下面程序编译运行结果是 A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:void PrintA(){cout _a endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p nullptr;p-PrintA();return 0;
}
这段代码在运行的时候会崩溃。两段代码能否运行的区别在于是否对空的this指针做出解引用操作在第一段代码中找成员函数和传递this指针的底层不会对空指针nullptr进行解引用故能成功运行然而第二段代码就不同了其成员变量_a在访问过程中的底层为this-_a实际上对thisnullptr进行了解引用操作故程序崩溃。
结语
关于类入门的基本内容到这里就结束了本篇博客对面向对象编程做了基本的介绍介绍了类的基本定义方式和使用方法访问限定符以及面向对象三大特性之一的封装探讨了类的底层存储方式实例化方式最后还讲到了特殊的this指针。C中通过类可以将数据 以及 操作数据的方法进行完美结合通过访问权限可以控制那些方法在类外可以被调用即封装在使用时就像使用自己的成员一样更符合人类对一件事物的认知大大方便了编程。
博主后续会产出更多有意思的内容感谢大家支持♥
