【C++】- 类和对象(！！C++类基本概念！this指针详解）

类和对象

引入类
类的定义
类的访问限定操作符
类的作用域
类的实例化
类对象模型
this指针

引入类

在 C++中，引入了一个新的定义----------类。类是一种用户自定义的数据类型，用于封装数据和行为。类可以看作是一个模板或蓝图，描述了一组相关的数据和对这些数据的操作方式。通过类，可以创建具体的对象来使用和操作这些数据。

类是C++面向对象编程的核心，为了便于理解，我们可以将类抽象成一架飞机：
在这里插入图片描述

学习了C语言之后，我们知道了结构体类型，但在C语言结构体内只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。在这里插入图片描述

我们在C++中，用struct实现链表，可以将我们的一系列函数放进去，而这些在C++中更喜欢用class来代替。

在这里插入图片描述

在 C++ 中，struct 和 class 都可以用于定义自定义数据类型，它们的区别主要有以下两点：

默认访问权限不同：struct 的默认访问权限是公有的，而 class 的默认访问权限是私有的。这意味着在 struct 中定义的成员变量和成员函数是公有的，可以被外部访问；而在 class 中定义的成员变量和成员函数是私有的，只能在类内部访问。
继承方式不同：在没有显式指定继承方式时，class 的继承方式是私有继承（private），而 struct 的继承方式是公有继承（public）。即如果一个类没有指定继承方式，则其默认继承方式与其类型相同。

类的定义

类的基本定义形式是：

class className
{// 类体：由成员函数和成员变量组成
};

类体内的内容称为类的成员：类中的变量称为类的属性或成员变量; 类中的函数称为成员函数。

在这里插入图片描述
这里注意！在~~类内直接定义的函数~~ 会被默认视为内联函数，但并不意味着所有在类内定义的函数都是内联函数。

内联函数是一种编译器优化的机制，它将函数的定义体直接插入到调用该函数的地方，而不是通过函数调用的方式执行。这样可以减少函数调用的开销，提高程序的执行效率。
就像这样直接插入：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述在类内定义的函数，默认情况下会被视为内联函数。但是，如果函数体过于庞大复杂，编译器可能会忽略内联函数的请求，将其视为普通函数进行处理。因此，并不是所有在类内定义的函数都会被真正地内联。。。

在这里插入图片描述通过使用 inline 关键字，可以告诉编译器将该函数作为内联函数处理。

☃ 需要注意的是，内联函数适用于简单短小的函数，且在多处调用的情况下才能发挥优势。对于复杂的函数或只在少数地方调用的函数，使用内联可能导致代码膨胀，反而降低性能。因此，在确定是否使用内联函数时，需要综合考虑函数的规模、调用频率以及性能需求等因素。

？当我们单纯的定义一个类，定义任何成员变量时，系统会为这个类开空间吗

在 C++ 中，一个类的对象大小至少为 1 字节，即使这个类没有任何成员变量。这是因为每个对象都必须在内存中占据至少一个字节的空间。
这个字节通常用于对象的地址，也就是对象所在内存地址的第一个字节。即使这个字节不存储有效数据，但是它也是必需的，因为它用于确定对象在内存中的位置和边界。

类的访问限定操作符

在C++中，类的访问限定符用于控制类的成员变量和成员函数的访问权限。C++中为我们提供了三种访问限定符：public、private和protected。

1. public：

成员变量和成员函数声明为public的可以在类的外部和内部被访问。
public成员可以通过对象直接访问或通过类的对象调用。
public成员在类的继承层次中也可以被派生类访问。

2. private：

成员变量和成员函数声明为private的只能在类的内部被访问。
private成员不能通过对象直接访问，只能通过类的成员函数来访问。
private成员对于类的外部是不可见的。

3. protected：

成员变量和成员函数声明为protected的可以在类的内部被访问。
protected成员在类的继承层次中可以被派生类访问，但对于类的外部是不可见的。
protected成员不能通过对象直接访问，只能通过类的成员函数来访问。

默认情况下，C++中的类成员的访问限定符是private。这意味着如果没有显式地指定访问限定符，那么成员变量和成员函数都将被视为private成员。

代码演示：

#include <iostream>
using namespace std;class MyClass {
public:int publicVar;void publicFunc() {cout << "publicFunc is called" << endl;}protected:int protectedVar;void protectedFunc() {cout << "protectedFunc is called" << endl;}private:int privateVar;void privateFunc() {cout << "privateFunc is called" << endl;}
};int main() {MyClass obj;obj.publicVar = 1;obj.publicFunc();return 0;
}

在上面的代码中，我们定义了一个名为MyClass的类，并且使用了三种不同的访问限定符来限制成员的访问权限。在main函数中，我们创建了一个MyClass类的对象obj，并且访问了publicVar和publicFunc方法，因为它们都是公共成员。但是我们不能访问protectedVar、protectedFunc、privateVar和privateFunc方法，因为它们只能在类内部访问。如果尝试访问它们，编译器会报错。

通过使用不同的访问限定符，我们可以控制类的成员在何处可见和可访问。这有助于实现信息隐藏和封装的概念，使得类的实现细节对于外部用户来说是不可见的，从而提高代码的安全性和可维护性。

类的作用域

在C++中，类的作用域是指类中成员的可见范围。类的作用域可以分为两个部分：类的内部作用域和类的外部作用域。

类的内部作用域：在类的内部，成员函数和成员变量可以直接访问类中的其他成员，无需使用作用域解析运算符::来限定。在成员函数中，可以直接访问该类的所有成员，包括私有、保护和公共成员。
类的外部作用域：在类的外部，需要使用作用域解析运算符::来限定访问类中的成员。通过类名加上作用域解析运算符，可以访问该类的公共成员和静态成员。私有和保护成员无法在类外部直接访问。

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。作用域操作符在博主在这里插入图片描述 C++入门篇 有讲解

类的实例化

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。
在这里插入图片描述

类对象模型

类在内存中的存储模式如下：
在这里插入图片描述

在计算类对象的大小时，一般只需要考虑成员变量的大小，而不需要计算成员函数的大小。成员函数在对象中并不占据实际的内存空间，它们只是一组指向类的成员函数代码的指针。这些指针共享存储在类的静态区域中，并且对于每个类的所有对象来说是相同的。因此，成员函数不会影响类对象的大小。

总结起来，计算类对象的大小只需要考虑成员变量的大小，而成员函数和虚函数表对于类对象的大小没有直接影响。

this指针

在C++中，每个对象都有一个指向自己的指针，这个指针就是this指针。this指针是一个隐含于每个非静态成员函数中的特殊指针，它指向调用该函数的对象。在C++中，成员函数可以直接访问对象的数据成员，因为在成员函数内部，this指针指向当前对象的地址，通过this指针可以访问对象的所有成员变量和成员函数。

先来看一段简单的代码：

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:int _year;     // 年int _month;    // 月int _day;      // 日
};
int main()
{Date d1, d2;d1.Init(2022,1,11);d2.Init(2022, 1, 12);d1.Print();d2.Print();return 0;
}

？？？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 函数时，该函数是如何知道应该设置d1对象，而不是设置d2对象呢？

在这里插入图片描述在C++中，对象在调用成员函数时，编译器会自动将该对象的地址作为this指针传递给成员函数。在Init函数中，通过this指针访问对象的成员变量，确保将值设置到正确的对象中。

因此，当d1调用Init函数时，Init函数内部的操作会通过this指针访问d1对象的成员变量，即将值设置到d1对象的_year、_month和_day成员变量中；同样，当d2调用Init函数时，Init函数内部的操作会通过this指针访问d2对象的成员变量，将值设置到d2对象的成员变量中。这样就实现了不同对象之间的区分。当然最后，当d1和d2调用Print函数时，会打印出各自的年月日信息。

只不过这些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。在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

this指针在C++中具有以下特性：

this指针的类型是类类型的指针，即类类型* const。这意味着this指针是一个常量指针，指向当前对象的地址，不可以被修改。
this指针只能在成员函数内部使用。它代表当前对象的地址，并且只有在成员函数内部才能访问到该指针。
this指针本质上是成员函数的一个隐式形参。当对象调用成员函数时，编译器会将对象的地址作为实参传递给this指针，使得成员函数可以通过this指针来访问对象的成员变量和成员函数。
this指针是成员函数的第一个隐含参数，一般情况下由编译器自动传递，不需要用户显式传递。
对象本身并不存储this指针，它只是在成员函数调用时被传递给this指针。

通过使用this指针，我们可以在成员函数内部访问对象的成员变量和函数，确保每个对象在调用成员函数时可以正确地操作自己的数据。this指针的存在使得对象的成员函数可以区分不同的对象，并在函数内部对各个对象进行操作。

在这里插入图片描述 this指针是C++中一个非常重要的概念，也是面向对象编程中不可或缺的一部分。它可以让成员函数访问对象的成员变量和成员函数，避免命名冲突，返回对象本身的引用等。在使用this指针时，需要注意当前对象是否存在，以及函数内部是否正确处理对象的生命周期和有效性。