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C++从入门到实战----类和对象（上）

news 2025/11/15 12:16:58

目录

前言

一、类的定义

1.1 类定义的格式

​编辑

1.2 访问限定符

1.3 类域

二、实例化

2.1 实例化的概念

2.2 对象的大小

2.3 this指针

三、小练习

四、 C++和C语言实现Stack对比

前言

        类与对象是 C++ 面向对象编程（Object-Oriented Programming, OOP）的核心基石，自 20 世纪 80 年代引入以来，它们彻底改变了软件设计与开发的方式。通过将数据（属性）与操作数据的行为（方法）封装于统一的抽象单元——“类”之中，并以“对象”作为其具体实例，C++ 不仅延续了 C 语言的高效与底层控制能力，更赋予程序员构建模块化、可维护、可复用和可扩展系统的能力。从操作系统内核到图形用户界面，从大型游戏引擎到金融交易系统，类与对象的思想贯穿于现代 C++ 应用的方方面面。掌握类与对象，不仅是理解 C++ 面向对象特性的关键一步，更是迈向高质量软件工程实践的重要起点。

正文开始

一、类的定义

1.1 类定义的格式

  • class为定义类的关键字，Stack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。
  • 为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识，如成员变量前⾯或者后⾯加_ 或者m开头，注意C++中这个并不是强制的，只是⼀些惯例，具体看公司的要求。
  • C++中struct也可以定义类，C++兼容C中struct的⽤法，同时struct升级成了类，明显的变化是
    struct中不可以定义函数，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。
//定义一个栈类
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
class Stack
{
//成员变量
private:int* arr;size_t capacity;size_t top;
//成员函数
public://初始化void Init(int n = 4){arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (arr == nullptr){perror("malloc fail!");return;}capacity = n;top = 0;}//插入void Push(int x){if (capacity == top){int new_capacity = capacity == 0 ? 4 : capacity * 2;int* tmp = (int*)realloc(arr, sizeof(int) * new_capacity);if (tmp == nullptr){perror("realloc fail!");return;}capacity = new_capacity;arr = tmp;}arr[top++] = x;}//取栈顶元素int Top(){assert(top > 0);return arr[top - 1];}//销毁栈void Destroy(){free(arr);arr = nullptr;capacity = top = 0;}
};int main()
{Stack st1;st1.Init();st1.Push(1);st1.Push(2);cout << st1.Top() << endl;st1.Destroy();return 0;
}

//定义一个日期类
class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}void Print(){cout << _year << " " << _month << " "<< _day << endl;}
private:// 为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量// 会加⼀个特殊标识，如_ 或者 m开头int _year; // year_ m_yearint _month;int _day;
};
int main()
{Date d;d.Init(2025,11,14);d.Print();return 0;
}

//c++中struct得到了升级
#include<iostream>
using namespace std;
// C++升级struct升级成了类
// 1、类⾥⾯可以定义函数
// 2、struct名称就可以代表类型
// C++兼容C中struct的⽤法
typedef struct ListNodeC
{struct ListNodeC* next;int val;
}LTNode;
// 不再需要typedef，ListNodeCPP就可以代表类型
struct ListNodeCPP
{void Init(int x){next = nullptr;val = x;}ListNodeCPP* next;int val;
};
int main()
{return 0;
}

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。

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。
//类域
#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;
}

二、实例化

2.1 实例化的概念

  • 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。

//类的实例化
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_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d2Date d1;Date d2;d1.Init(2024, 3, 31);d1.Print();d2.Init(2024, 7, 5);d2.Print();return 0;
}

2.2 对象的大小

普通成员函数不属于对象的一部分，对象只存自己的数据（成员变量），函数代码全局共享，调用靠编译器直接定位地址。

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：最大对齐数（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（含嵌套结构体的对⻬数）的整数倍。
//对象的大小
#include<iostream>
using namespace std;
// 计算⼀下A/B/C实例化的对象是多⼤？
class A
{
public:void Print(){cout << _ch << endl;}
private:char _ch;int _i;
};
class B
{
public:void Print(){//...}
};
class C
{};
int main()
{A a;B b;C c;cout << sizeof(a) << endl; cout << sizeof(b) << endl;cout << sizeof(c) << endl;return 0;
}

上⾯的程序运行后，我们看到没有成员变量的B和C类对象的⼤⼩是1，为什么没有成员变量还要给1个 字节呢？因为如果⼀个字节都不给，怎么表⽰对象存在过呢！所以这⾥给1字节，纯粹是为了占位标识对象存在。

2.3 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d2Date d1;Date d2;// d1.Init(&d1, 2024, 3, 31);d1.Init(2024, 3, 31);d1.Print();d2.Init(2025,11, 14);d2.Print();return 0;
}

三、小练习

1.下⾯程序编译运⾏结果是（） 
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:void Print(){cout << "A::Print()" << endl;}
private:int _a;
}; 
int main()
{A* p = nullptr;p->Print();return 0;
}

原因：（1）成员函数的代码（指令）在编译后存储在代码段（text segment）中，不会为每个对象重复分配内存，因此调用该函数不需要依赖对象实际存在。

            （2）虽然 p 为空，但函数体内没有访问任何成员变量或使用 this 指针，因此在执行过程中没有发生对空指针的解引用操作。

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 
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
void Print()
{
cout << "A::Print()" << endl;
cout << _a << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->Print();
return 0;
}

运行崩溃了，原因：函数体内使用了 this 指针

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

四、 C++和C语言实现Stack对比

⾯向对象三⼤特性：封装、继承、多态，下⾯的对⽐我们可以初步了解⼀下封装。
通过下⾯两份代码对⽐，我们发现C++实现Stack形态上还是发⽣了挺多的变化，底层和逻辑上没啥变化。
  • C++中数据和函数都放到了类⾥⾯，通过访问限定符进⾏了限制，不能再随意通过对象直接修改数 据，这是C++封装的⼀种体现，这个是最重要的变化。这⾥的封装的本质是⼀种更严格规范的管 理，避免出现乱访问修改的问题。当然封装不仅仅是这样的，我们后⾯还需要不断的去学习。
  • C++中有⼀些相对⽅便的语法，⽐如Init给的缺省参数会⽅便很多，成员函数每次不需要传对象地 址，因为this指针隐含的传递了，⽅便了很多，使⽤类型不再需要typedef⽤类名就很⽅便
  • 在我们这个C++⼊⻔阶段实现的Stack看起来变了很多，但是实质上变化不⼤。等着我们后⾯看STL 中的⽤适配器实现的Stack，⼤家再感受C++的魅⼒。
C实现Stack代码 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int top;int capacity;
}ST;
void STInit(ST* ps)
{assert(ps);ps->a = NULL;ps->top = 0;ps->capacity = 0;
}
void STDestroy(ST* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->top = ps->capacity = 0;
}
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{assert(ps);// 满了， 扩容if (ps->top == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity *sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}ps->a = tmp;ps->capacity = newcapacity;}ps->a[ps->top] = x;ps->top++;
}
bool STEmpty(ST* ps)
{assert(ps);return ps->top == 0;
}
void STPop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty(ps));ps->top--;
}
STDataType STTop(ST* ps)
{assert(ps);assert(!STEmpty(ps));return ps->a[ps->top - 1];
}
int STSize(ST* ps)
{assert(ps); return ps->top;
}
int main()
{ST s;STInit(&s);STPush(&s, 1);STPush(&s, 2);STPush(&s, 3);STPush(&s, 4);while (!STEmpty(&s)){printf("%d\n", STTop(&s));STPop(&s);}STDestroy(&s);return 0;
}
C++实现Stack代码 
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:// 成员函数void Init(int n = 4){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (nullptr == _a){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = n;_top = 0;}void Push(STDataType x){if (_top == _capacity){int newcapacity = _capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity *sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}_a = tmp;_capacity = newcapacity;}_a[_top++] = x;}void Pop(){assert(_top > 0);--_top;}bool Empty(){return _top == 0;}int Top(){assert(_top > 0);return _a[_top - 1];}void Destroy(){free(_a);_a = nullptr;_top = _capacity = 0;}
private:// 成员变量STDataType* _a;size_t _capacity;size_t _top;
};
int main()
{Stack s;s.Init();s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);s.Push(4);while (!s.Empty()){printf("%d\n", s.Top());s.Pop();}s.Destroy();return 0;
}
http://www.dtcms.com/a/611027.html

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