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c++ 類和物件總結

話不多說,我們直接進入主題:
物件:客觀世界裡的一切事物都可以看作是一個物件,每一個物件應當具有屬性(靜態特徵,比如一個班級,一個專業,一個教室)和行為(動態特徵,例如:學習,開會,體育比賽等)兩個要素。 物件是由一組屬性和一組行為構成的。
類(class):就是物件的型別,代表了某一批物件的共同特性和特徵。類是物件的抽象,而物件是類的具體例項。

2.1 類的引入

在C語言中我們定義一個結構體是這樣定義的:

struct Student
{
  int _age;
  char* _Gender;
  char* _Name;
};
int main()
{
  struct S;
  return 0;
}

我們都知道,在C中,“資料”和“處理資料的操作(函式)”是分開的,語言本身並沒有支援“資料和函式”之間的關聯性。那麼,如果我們要在某種特定情況下讓資料和函式有一定的關聯,這個時候我們應該怎麼處理呢?
先看一個例子:

這裡寫圖片描述

很明顯,編譯器報錯了,還很多。也就是說在C語言當中是不允許在結構體中定義函式的,那麼在C++中是不是也是這樣呢?

這裡寫圖片描述

通過對比,我們明顯的發現C++是可以做到我們想要將資料和函式產生一定關係的操作的。
為了區別C語言中結構體的定義struct,在C++中我們常用class來代替struct。

2.2 類的定義

#include <iostream>
using namespace std;
class Student
{
public:
  char* _name;
private:
  char* _Gender;
  int _age;
};
int main()
{
  class S;
  return 0;
}

class是C++中定義類的關鍵字,Student為類的名字,{}中為類的主體,和結構體類似,在{}後面跟的是;。類中的元素稱為類的成員,類中的資料稱為類的屬性或者類的成員變數,類中的函式稱為類的成員函式。

類的定義通常有兩種方式:

1、將類的宣告和定義都放在類體中za
2、將類的宣告放在.h標頭檔案中,定義放在.cpp檔案中

在程式碼中我們看到了private 和 public兩個沒有見過的東西,接下來我們講一講C++的三大特性:繼承 封裝 多型
封裝:隱藏物件的屬性和現實細節,僅對外公開介面和物件進行互動,將資料和操作資料的方法有機結合。

這裡的public 和 private是C++中的訪問限定符,訪問限定符有三個:public (公有) protected(保護) private(私有)。在下面的博文中我們會用到這些限定符,具體情況後續文章再作介紹,這裡讀者只需瞭解就可。

這裡做一些說明:

1、public成員在類外可以直接訪問
2、protected和private成員在類外不能夠直接訪問,在這裡我們簡單的把他們看成一樣的。(二者區別就是基類private成員在派生類中是不能被訪問的,如果基類成員不想再類外被訪問,但需要在派生類中能訪問,就定義為protected,後面博文更到派生類時我們會再來把這兩個東西拿出來再講一講)
3、他們的作用域從該訪問限定符出現的位置開始直到下一個訪問限定符出現截止
4、class的預設訪問許可權是private,而struct預設訪問許可權是public(因為struct要相容C的特點)

那麼我們如何在類外訪問一個類中的私有成員變數呢?(面試題)

方法一:在類中新增一個共有的方法

這裡寫圖片描述

我們可以看到在public中定義的公有函式可以在類外訪問私有成員變數,這是訪問的一種方法。

類的作用域

在C語言階段我們知道變數的作用域只有區域性域和全域性域兩種,而在C++作用域則分為了區域性域、全域性域、名稱空間域和類域四種,前面幾種域相信我們都已將熟悉過,這裡我講一下類域。

類定義了一個新的作用域,類的所有成員都必須處在類的作用域中。形參表和函式體處於類的作用域中。在類體外定義成員,需要用 :: 作用域解析符指明成員屬於哪一個類域。在類的作用域外,只能通過物件(或指標)藉助成員訪問操作符 . 和->來訪問類成員,跟在訪問操作符後面的名字必須在相關聯的類的作用域中。

下面我們看看在程式碼中如何實現上述的意思:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include <iostream>
using namespace std;

namespace N1  //名稱空間域
{
  int a = 10;
}

int a = 20;   //全域性域

void FunTest()
{
  cout << "FunTest()" << endl;
}
class Test
{
public:
  void SetA(int a)
  {
    a = a;      //存在歧義,是變數給變數賦值呢還是形參給變數賦值,或者變數給形參賦值呢?同學們不要這樣寫 
    //實際證明,這裡的賦值是形參給形參賦值,結果並沒有改變變數的值,結果出了函式作用域自然是一個隨機值 正確寫法: **_a = a;**
  }
  void PrintA()
  {
    cout << a << endl;  //cout << _a <<endl;
  }
private:
  int a;         //類域  正確寫法:int _a;
};
int main()
{
  int a = 40;       //區域性域
  Test t;
  t.SetA(30);
  cout << N1::a << endl;   //列印名稱空間域的值
  cout << ::a << endl;    //列印全域性域的值
  cout << a << endl;     //列印區域性域的值
  t.PrintA();         //列印類域的值
  return 0;
}

看完這串程式碼不知道各位有沒有什麼疑惑呢?
這裡附上這段程式碼的結果:

這裡寫圖片描述

我們本應該想讓編譯器給我們打印出10 20 30 40這幾個值,結果最後卻給了我們一個亂碼,這是為什麼呢?
細心的同學應該發現了,在這裡我們定義的所有的變數都是用的同一個名稱a,這樣的編碼習慣是極不好的,容易引起誤會,上面就給了一個反例。

在使用一個變數時,我們應當注意必須要先聲明後使用

2.2 類的物件的模型

類物件模型:類中各成員在記憶體中的佈局形式。
下面我們以程式碼形式舉例說明一下:

class Student
{
public: 
  void SetStudentInfo(char* name,char* gender,int age)
  {
    strcpy(_name,name);  
    strcpy(_gender,gender);
    _age = age;      
  }
  void PrintInfo()
  {
    cout << _name << " " << _gender << " " << _age << endl;
  }
private:
  char _name[20];
  char _gender[3];
  int _age;
};
int main()
{
  Student s1,s2;
  cout << sizeof(s1) << endl;
  s1.SetStudentInfo("鳴人","男",14);
  s2.SetStudentInfo("佐助",14);
  return 0;
}

既然一個類有那麼多成員和不同的物件,那麼它到底是怎麼來儲存的呢?

下面給出三種假設:

假設一

這裡寫圖片描述

假設二:

這裡寫圖片描述

那就剩最後一種假設了:

顯然。這種假設才是成立的。

這裡寫圖片描述

提一個問題:C++是怎麼計算一個類的大小的?

我們在程式中驗證一下:

class A1
{
public:
  void f1()
  {}
  void f2()
  {}
}; 

class A2
{
public:
  void f1()
  {}
private:
  int a = 10;
};
class A3
{};

int main()
{
  cout << sizeof(A1) << endl;  //1
  cout << sizeof(A2) << endl;  //4
  cout << sizeof(A3) << endl;  //1
  return 0;
}

這裡寫圖片描述

可以看到在有成員變數的時候得到的值是4,而一個空類和只有成員函式的時候它的值是1,難道是成員函式的大小?
顯然是不對的,前面我們說過,成員函式是不佔大小的,因此我們可以得出結論:一個類的大小,實際上就是該類中非靜態成員變數之和,當然也要注意記憶體對齊,空類大小值為一(在Linux和VS下面是 1)
為什麼是一呢?
就是為了區分不同的物件,設計 1 是為了 節省空間