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CPP_类和对象

news 来源：原创 2025/5/1 21:30:53

面向对象：

更接近真实世界（关注各对象之间的关系，而非各步骤的进行）

将结构体升级成立类
类里面可以有：成员函数，成员变量

class Stack {
public:void Init(int defaultCapacity=4 ) {_a = (int*)malloc(sizeof(int) * defaultCapacity);_capacity = defaultCapacity;_top = 0;}void Push(int x) {_a[_top++] = x;}void Destory() {free(_a);_a = nullptr;}
private:int* _a;int _top;int _capacity;
};
int main() {Stack st;st.Init();st.Push(1);st.Destory();return 0;
}

访问限定符（即访问权限）:
- public：类外可以访问
- protected
- private
- 每一种访问限定符的作用域是从当前限定符到下一个限定符
一个类里面的函数，也可以声明与定义分离（如果函数太长了话）（如果声明和定义都直接写在类里面，如果这些函数符合内联规则，则默认都是内联函数）

//stack.c
class Stack {
public:void Init(int defaultCapacity=4);void Push(int x) {a[top++] = x;}
}

//stack.h
//指定类域
void Stack::Init(int defaultCapacity=4 ) {a = (int*)malloc(sizeof(int) * defaultCapacity);capacity = defaultCapacity;top = 0;
}

封装

本质上是一种更好的管理（便于用户使用类）
对于成员变量，只有在实例化某一个类的时候，才会为类里面的成员变量开辟空间（即它的定义）（也就相当于类其实是一种设计，并没有实际的东西，只有实例化之后，才有这种设计对应的实例）

class Stack {
private:int* _a;int _top;int _capacity;/*这些变量是声明，不是定义（对于变量来说，是否开空间是区分声明和定义的最大区别）所以在实例化对象的时候，才定义这些变量*/
};

对于某一个类的实例化对象来说，sizeof() 计算的是成员变量在经过内存对齐之后的总大小，不加成员函数。（因为对于每一个实例来说，都有一套成员变量都是单独属于它们自己的。但对于成员函数来说，所有实例的该方法都是一样的，没有必要每个实例都存储一份成员函数，只需要在一个公用区域存一份，所有实例都访问这一个就行了，所以sizeof()只有成员变量，没有成员函数）
如果一个类只有成员函数，或者什么都没有，sizeof() 的计算结果是1。相当于这个类的对象默认占一个字节，相当于占一个位置，表示这个对象是存在的，但不存有效数据

This指针

其实对于实例化对象来说，虽然成员函数是共用的，但每个实例调用时都是使用自己的成员变量的值，其实本质上是因为编译器默认使用了this指针，将当前实例的地址传给了成员函数，所以不同实例在调用的时候，使用的是自己的成员变量

class Date { 
public:void print() {cout << year << " " << mon << " " << day;}void init() {year = 1;mon = 2;day = 3;}
private:int year;int mon;int day;
};
int main() {Date d;d.init();d.print();return 0;
}
/*本质上其实是将当前实例的地址传给了成员函数，所以不同实例在调用的时候，使用的是自己的成员变量void print(Date* this) {cout << this->year << " " << this->mon;}Date d;d.print(&d);
*/

this不能在形参和实参传递，但可以直接在函数内部使用
this指针是形参，所以和普通参数一样，是存在栈里面的，作为栈帧的一部分（随压栈一起）

类的六大默认成员函数（不显式写出编译器就会自行生成）

一.构造函数（完成实例的初始化）：
- 函数名与类名相同
- 无返回值（也不需要写void）
- 在对象实例化的时候编译器自动调用对应的构造函数（如果不写构造函数，则编译器会自动生成默认的构造函数）
- 构造函数可以重载（多种初始化的方式）
- 没有自己写的构造函数时，编译器生成默认的构造函数，这个函数针对内置类型不做处理，针对自定义类型成员，会去调用该类型的构造函数（而对于成员变量的声明，可以给默认参数，本质上就是给这个自动生成的构造函数使用的）
- **默认构造函数（无参构造函数，全缺省构造函数，没有构造函数时编译器默认生成的构造函数）**最多只能有一个，也可以没有（如果没有，那就不能用默认方式初始化）如果当自己写了别的不是默认构造函数形式的构造函数，那就需要自己在写一个默认构造函数
- 有两种情况不需要自己写构造函数：
- - 内置类型成员都有缺省值，且初始化符合我们的要求
  - 全是自定义类型的数据，且这些类型都有自己的默认构造函数
- ```
class stack {
public:stack(int capacity=4) {_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);_capacity = 0;_top = 0;}private:/*给的是缺省值，是给编译器的默认构造函数用的，这里并没有开辟空间，在实例化的时候才会开辟空间*/int* _a=nullptr;int _capacity=1;int _top=1;
};
```

二.析构函数（相当于destroy）（完成对象中资源的清理工作，即free等，为了防止编译器直接销毁对象造成内存泄露）:
- 在类名前加上~
- 无返回值无参数
- 不可以重载
- 编译系统自动调用
- 不写析构函数，编译器会自动生成（这个函数针对内置类型不做处理，针对自定义类型成员，会去调用该类型的析构函数）
- 有动态申请的资源，就需要自己写析构函数（因为普通的变量会在函数本身创建的栈上，随函数结束栈的销毁而销毁了，所以只有在堆区或其他区上有自行申请的资源才需要析构）
- ```
class stack {
public:~stack() {free(_a);_a = nullptr;_capacity = 0;_top = 0;}
private:int* _a;int _capacity;int _top;
};
```

三.拷贝构造
- 是一种构造函数的特殊重载形式，相当于传一个同类型的变量作为参数
- 在传参时，必须以引用的方式传递参数，不然会发生无限递归
- 因为如果以传值调用来传递参数，本质上来说其实是要调用该类型的拷贝构造函数来创建形参的，也就相当于对于内置数据类型形参是直接拷贝，而自定义数据类型则是调用拷贝构造函数来创建形参的
- ```
class Date {
public:Date(const Date & d) {_year = d._year;_mon = d._mon;_day = d._day ;}
private:int _year = 1;int _mon = 1;int _day = 1;
};
```
- 虽然_year这些成员属性是私有的，但私有属性只有在类外不能访问，此时在类内，是可以访问的
- 如果不显式定义，编译器会自己生成默认拷贝构造函数，默认是：
- - 内置数据类型完成值拷贝/浅拷贝
  - 自定义数据类型会调用它的拷贝构造函数
- 在有些场景下，浅拷贝不足以满足要求，就需要自己写拷贝构造函数，以实现深拷贝（比如在stack里，如果进行浅拷贝，那么会使两个栈里面的数组指针指向同一块空间（因为浅拷贝只将数值原封不动的拷贝过去，所以它们指向同一块空间），显然不是我们想要的）

四.赋值运算符重载：
- 用于已经存在的两个对象之间的赋值拷贝
- 本质就是将赋值运算符重载了一下
- 如果不显式定义，编译器会自己生成默认赋值运算符重载，默认是：
- - - 内置数据类型完成值拷贝/浅拷贝
  - - 自定义数据类型会调用它的赋值运算符重载
  - 赋值运算符只能定义在类内部，不能重载成全局函数。（别的运算符既可以重载在类内，也可以重载成全局，但由于赋值运算符重载是一种默认成员函数，所以只能在类内）
- ```
class Date {
public:Date& operator= (Date& x) {_day = x._day;return *this;}
//之所以返回值是一个（Date&）,是为了支持连续赋值的情景，如果不要求支持连续赋值，则返回值可以写成void
private:int _year = 1;int _mon = 1;int _day = 1;
};int main() {Date d1(1);Date d2(2);Date d3(3);d3 = d1 = d2;return 0;
}
```

五.取地址运算符的重载

Date* Date::operator& () {return this;
}
const Date* Date::operator& () const {return this;
}//这两个函数因为参数不同构成函数重载

const
- 对应一些成员实例，如果是const修饰的，那么在使用一些成员函数的时候可能会造成权限的放大，从而导致错误
- 下面这个代码里，如果print函数右侧不加const，则无法正常打印，因为此时d1的类型是const Date ，而且指向该对象的指针this是隐式传递的，类型是Date* 由于它的类型是编译器底层传递的，我们不能显式来写出this，所以只能将const写在最右边，其实本质就是修饰this指针的
- ```
void print() const//修饰this指针的const
{cout << _year<<"--"<<_mon<<"--"<<_day << endl;
}const Date d1(2023, 1, 26);
d1.print();
```

在谈构造函数

第一种：构造函数体赋值

Date::Date(int year, int mon, int day) {_year = year;_mon = mon;_day = day;
}

第二种：初始化列表
- 有三类成员变量必须用初始化列表初始化：
- - 没有默认构造函数的结构体变量
  - 引用类型
  - const修饰的变量
- 对于初始化列表的理解：在实例化对象时相当于时整个对象的定义，而对于它的成员变量，其实是在初始化列表所在的位置定义的，因为引用和const修饰的变量只有在定义的时候才能赋值，所以它们只能在初始化列表里面初始化。其实在初始化列表里，如果不写出所有成员变量，那么就是自定义类型调用默认构造函数，内置类型不做处理（其实内置类型的成员变量在声明的时候给的默认值，就是传到初始化列表里，用于内置类型成员变量初始化的。）它下面的那个{}，是为了某些多步初始化的过程无法在初始化列表里完成，需要在{}里完成
- 成员变量的初始化顺序是按类中的声明顺序初始化的，和其在初始化列表里的顺序无关

Date(int year, int mon, int day):_year(year), _mon(mon), _day(day)
{}

explicit 关键字

如果构造函数在传参的时候不想让其发生隐式类型转换，就可以在函数名之前加上explicit

静态成员，函数

静态成员变量是属于这个类的，生命周期是全局的。而普通的成员变量是属于该类的实例的。也就是说静态成员变量是所有实例共享的变量。
静态成员变量没有初始化列表，所以静态成员变量必须在类外边，全局位置定义。（本质上相当于用类去封装全局变量）
静态成员函数：没有this指针，只要指定类域和访问限定符即可访问。静态成员函数只能访问静态成员变量，因为它没有this指针，没法访问某一个实例的普通成员变量
非静态函数可以访问静态成员变量，静态函数不可以访问静态成员变量，函数（因为静态函数没有this指针）

class A {
public:static int _a;
private:
};int A::_a = 0;int main() {A aa;cout << ++A::_a << endl;cout << A::_a << endl;return 0;
}
-------------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------   
class A {
public:static int Get() {return _a;}
private:static int _a;
};int A::_a = 0;int main() {A aa;cout << aa.Get() << endl;cout << A::Get() << endl;return 0;
}