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C++类与对象：从入门到精通

news 2025/11/6 6:29:42

1. 类的定义

1.1类的定义的格式

在C++中class是定义类的关键字，例如class A，A为类的名字，{}中为类的主体，类的最后要加分号不能省略。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。

为了区分类的成员变量和成员函数中的变量，一般在成员变量前面加上_。

C++同时兼容了C中的struct，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。

定义在类⾯的成员函数默认为inline，这样做是为了节省栈帧。

接下来简单实现一个日期的类

class Date
{void DateInit(int year,int month,int day){_year = year;_month = month;_day = day;}int _year;int _month;int _day;};

其中Date是类名，_year,_month,_day都是成员变量，DateInit是成员函数。

和struct类似的访问类也是通过.来访问的。

通过.来调用会发现发生报错了。

默认情况下，class 的成员是 private 的。

private是什么呢？

1.2 访问限定符

C++⼀种实现封装的⽅式，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⼾使⽤。

•

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，protected和private是⼀样的，以后继承章节才能体现出他们的区别。

•

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定义成员没有被访问限定符修饰时默认为private，struct默认为public。

•

⼀般成员变量都会被限制为private/protected，需要给别⼈使⽤的成员函数会放为public

访问限定符有三个

和英文意思相同，public就是公共的，private是私有的，protected是被保护的。

因为没有加访问限定符，成员都是private，因此无法访问成员函数，我们加上对应的访问限定符在试下。

这次函数没有发生报错并且成功运行，得到了我们想要的结果。

1.3 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;
}

这个就是很明显的栈的初始化的声明与定义不在同一块类里面，因为Init在类的外面，需要用::类操作符来访问类成员函数的定义来与之匹配。

2. 实例化

2.1 实例化概念

•

⽤类类型在物理内存中创建对象的过程，称为类实例化出对象。

•

类是对象进⾏⼀种抽象描述，是⼀个模型⼀样的东西，限定了类有哪些成员变量，这些成员变量只

是声明，没有分配空间，⽤类实例化出对象时，才会分配空间。

•

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。打个⽐

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，设计图规划了有多

少个房间，房间⼤⼩功能等，但是并没有实体的建筑存在，也不能住⼈，⽤设计图修建出房⼦，房

⼦才能住⼈。同样类就像设计图⼀样，不能存储数据，实例化出的对象分配物理内存存储数据。

简单来说，实例化就是将类创建出对象的过程

如图中红圈内。

2.2 对象⼤⼩

分析⼀下类对象中哪些成员呢？类实例化出的每个对象，都有独⽴的数据空间，所以对象中肯定包含成员变量，那么成员函数是否包含呢？⾸先函数被编译后是⼀段指令，对象中没办法存储，这些指令存储在⼀个单独的区域(代码段)，那么对象中⾮要存储的话，只能是成员函数的指针。再分析⼀下，对象中是否有存储指针的必要呢，Date实例化d1和d2两个对象，d1和d2都有各⾃独⽴的成员变量 _year/_month/_day存储各⾃的数据，但是d1和d2的成员函数Init/Print指针却是⼀样的，存储在对象中就浪费了。如果⽤Date实例化100个对象，那么成员函数指针就重复存储100次，太浪费了。这⾥需要再额外哆嗦⼀下，其实函数指针是不需要存储的，函数指针是⼀个地址，调⽤函数被编译成汇编指令[call 地址]，其实编译器在编译链接时，就要找到函数的地址，不是在运⾏时找，只有动态多态是在运⾏时找，就需要存储函数地址。

这样做的目的无疑是减少空间的浪费，在编译时这些函数就会变成call并不会浪费空间，反而大大节省了空间。

上⾯我们分析了对象中只存储成员变量，C++规定类实例化的对象也要符合内存对⻬的规则。

内存对⻬规则

•

第⼀个成员在与结构体偏移量为0的地址处。

•

其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。

•

注意：对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数与该成员⼤⼩的较⼩值。

•

VS中默认的对⻬数为8

•

结构体总⼤⼩为：最⼤对⻬数（所有变量类型最⼤者与默认对⻬参数取最⼩）的整数倍。

•

如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对⻬到⾃⼰的最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩

就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体的对⻬数）的整数倍。

通过对比a和b可以发现成员变量并不会占用空间，但是为什么c会占用1字节的空间呢，如果说c是0字节的话又怎么证明他是存在的呢，1个字节纯粹是用证明他是存在的。

3. this指针

•

Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调⽤Init和

Print函数时，该函数是如何知道应该访问的是d1对象还是d2对象呢？那么这⾥就要看到C++给了

⼀个隐含的this指针解决这⾥的问题

•

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。⽐如Date类的Init的真实原型为， void Init(Date* const this, int year,

int month, int day)

•

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，如Init函数中给_year赋值， this-

>_year = year;

•

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。

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
// void Init(Date* const this, int year, int month, int day)
void Init(int year, int month, int day)
{
// 编译报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值
// this = nullptr;
// this->_year = year;
_year = year;
this->_month = month;
this->_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
// 这⾥只是声明，没有开空间
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
// Date类实例化出对象d1和d2
Date d1;
Date d2;
// d1.Init(&d1, 2024, 3, 31);
d1.Init(2024, 3, 31);
d1.Print();
d2.Init(2024, 7, 5);
d2.Print();
return 0;
}

4.测试题

4.1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

相信很多人第一时间会认为选B，空指针怎么解引用呢，程序会崩溃。正常运行一下，

程序没有崩溃，因为之前是提过的，print并不是存在对象里的啊，所以并不会发生空指针的解引用，而是在汇编时通过call就来实现了，从而这个程序会正常运行。

4.2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

两道题看似很相似，但是有很大的差别，运行看一下，

报错了，这个是因为成员变量是存在对象里面的，对象变成了空指针，从而发生了空指针的引用。

4.3 this指针存在内存哪个区域的 ()

A. 栈 B.堆 C.静态区 D.常量区 E.对象⾥⾯

这是一个非常经典的C++面试题！正确答案是：A、栈。

为什么在栈区？

this指针是局部变量：它作为函数参数传递给成员函数
函数参数存储在栈区：就像其他局部变量一样
生命周期与函数调用相同：函数调用结束时，this指针也随之销毁

#include<iostream>
using namespace std;class Test {
public:void ShowAddress() {cout << "this指针地址: " << this << endl;cout << "局部变量地址: " << &local_var << endl;}
private:int local_var = 0;
};
int main()
{Test t;t.ShowAddress();return 0;
}

通过这串代码可以发现this指针和变量指针是相同的，因为他们都是指向的这块类的第一块地址从而实现了地址的重合。