C++类的初识

什么是类

类就是对事物特征的抽象,也可以理解为一个模具,不是他所描述的具体的事物.c++中引入类也引入了一种新的编程思维,传统C语言是面向过程的我们解决问题时关注的时解决问题的步骤具体体现为函数,而面向对象编程关注的是对象的行为和对象间的交互

类的引入和定义

C++中可以用struct 和 class定义类,区别是struct的成员默认访问方式是public，class是struct的成员默认访问方式 是private。

class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后面分号。 类中的元素称为类的成员：类中的数据称为类的属性或者成员变量; 类中的函数称为类的方法或者成员函数。
类的两种定义方式：

1. 声明和定义全部放在类体中，需要注意：成员函数如果在类中定义，编译器可能会将其当成内联函数处 理。
2. 声明放在.h文件中，类的定义放在.cpp文件中

类的访问限定符及封装

C++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户使用。

访问限定符的说明

1. public修饰的成员在类外可以直接被访问
2. protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问(此处protected和private是类似的)
3. 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
4. class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)

注意：访问限定符只在编译时有用，当数据映射到内存后，没有任何访问限定符上的区别

封装:

将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行 交互。

封装本质上是一种管理：我们如何管理兵马俑呢？比如如果什么都不管，兵马俑就被随意破坏了。那么我们 首先建了一座房子把兵马俑给封装起来。但是我们目的全封装起来，不让别人看。所以我们开放了售票通 道，可以买票突破封装在合理的监管机制下进去参观。类也是一样，我们使用类数据和方法都封装到一下。 不想给别人看到的，我们使用protected/private把成员封装起来。开放一些共有的成员函数对成员合理的访 问。所以封装本质是一种管理。

友元 :

友元分为：友元函数和友元类

友元提供了一种突破封装的方式，有时提供了便利。但是友元会增加耦合度，破坏了封装，所以友元不宜多用。

友元函数

友元函数可以直接访问类的私有成员，它是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但需要在类的内部声 明，声明时需要加friend关键字。

注意:

友元函数可访问类的私有成员，但不是类的成员函数

友元函数不能用const修饰

友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制 一个函数可以是多个类的友元函数

友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同

友元类

友元类的所有成员函数都可以是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的非公有成员。
友元关系是单向的，不具有交换性。 比如上述Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，那么可以在Date类中直接访问Time 类的私有成员变量，但想在Time类中访问Date类中私有的成员变量则不行。

友元关系不能传递 如果B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。

内部类

概念及特性

概念：如果一个类定义在另一个类的内部，这个内部类就叫做内部类。注意此时这个内部类是一个独立的 类，它不属于外部类，更不能通过外部类的对象去调用内部类。外部类对内部类没有任何优越的访问权限。
注意：内部类就是外部类的友元类。注意友元类的定义，内部类可以通过外部类的对象参数来访问外部类中 的所有成员。但是外部类不是内部类的友元。
特性：

1. 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的。
2. 注意内部类可以直接访问外部类中的static、枚举成员，不需要外部类的对象/类名。
3. sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。

类的作用域:

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，需要使用 :: 作用域解析符指明成员属于哪个类域。

类的实例化:

1. 类只是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员，定义出一个类并没有分配实际的内存空间来存储它
2. 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 做个比方。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，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间

类大小的计算:

类的存储方式

只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

计算规则

一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然也要进行内存对齐，注意空类的大小，空类比 较特殊，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类。

空类的大小为什么是1?

​ C++编译器不允许对象为零长度。试想一个长度为0的对象在内存中怎么存放？怎么获取它的地址？为了避免这种情况，C++强制给这种类插入一个缺省成员，长度为1。如果有自定义的变量，变量将取代这个缺省成员。

结构体大小的计算-------内存对齐

1. 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
2. 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齐数 与 该成员大小的较小值。 VS中默认的对齐数为8，gcc中的对齐数为4
3. 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齐参数取最小）的整数倍。
4. 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（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

一些更加深入的的讨论

为什么要内存对齐?

现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。

对齐的作用和原因：各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。比如有些架构的CPU在访问一个没有进行对齐的变量的时候会发生错误,那么在这种架构下编程必须保证字节对齐.其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出这32bit，而如果存放在奇地址开始的地方，就需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该32bit数据。显然在读取效率上下降很多。

如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐

#pragma pack (2)

this指针

1. this指针的类型：类类型* const 2.
2. 只能在“成员函数”的内部使用
3. this指针本质上其实是一个成员函数的形参，是对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this 形参。所以对象中不存储this指针。
4. this指针是成员函数第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传递，不需要用户 传递
5. this指针存放在栈上

this指针存在哪里？

其实编译器在生成程序时加入了获取对象首地址的相关代码。并把获取的首地址存放在了寄存器ECX中(VC++编译器是放在ECX中，其它编译器有可能不同)。也就是成员函数的其它参数正常都是存放在栈中。而this指针参数则是存放在寄存器中。类的静态成员函数因为没有this指针这个参数，所以类的静态成员函数也就无法调用类的非静态成员变量。

this指针可以为空吗？

可以为空，当我们在调用函数的时候，如果函数内部并不需要使用到this,也就是不需要通过this指向当前对象并对其进行操作时才可以为空(当我们在其中什么都不放或者在里面随便打印一个字符串)，如果调用的函数需要指向当前对象，并进行操作，则会发生错误（空指针引用）就跟C中一样不能进行空指针的引用

类的六类默认函数

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。空类中什么都没有吗？并不是的，任何一个类在我们不写的情 况下，都会自动生成下面6个默认成员函数。

构造函数,析构函数,拷贝构造函数,赋值重载,const成员函数,取地址及const取地址操作符重载

构造函数

**概念:**构造函数是一个特殊的成员函数，**名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用，**保证每个数据成员 都有 一个合适的初始值，并且在对象的生命周期内只调用一次。

特性:构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数的虽然名称叫构造，但是需要注意的是构造函数的主 要任务并不是开空间创建对象，而是初始化对象。

构造函数主要特征

函数名与类名相同。

无返回值。

对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。

构造函数可以重载。

如果类中没有显式定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，一旦用户显式定 义编译器将不再生成

无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。注意：无参 构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为是默认成员函数。

C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语法已经定义好的类型：如 int/char…，自定义类型就是我们使用class/struct/union自己定义的类型, 编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员_t调用的它的默认成员函数

构造函数体赋值

构造函数体赋值不能称作初始化因为初始化只有一次即在对象创建的时候,构造函数体可以多次赋值所以之=只能叫赋初值

初始化列表

初始化列表：以一个冒号开始，接着是一个以逗号分隔的数据成员列表，每个"成员变量"后面跟一个放在括 号中的初始值或表达式。

​

class A {
public:
	A(int a,int b,int c)
		:_a(a)
		,_b(b)
		,_c(c)
	{}
private:
	int _a;
	int _b;
	int _c;
};

注意事项

每个成员变量在初始化列表中只能出现一次(初始化只能初始化一次)

类中包含以下成员，必须放在初始化列表位置进行初始化：

引用成员变量

const成员变量

类类型成员(该类没有默认构造函数)

class B {
public:   
	B(int a, int ref)
	:_aobj(a)
    , _ref(ref)
    , _n(10)
	{}
private:  
	A _aobj;      // 没有默认构造函数 
	int& _ref;    // 引用   
	const int _n; // const
};

尽量使用初始化列表初始化，因为不管你是否使用初始化列表，对于自定义类型成员变量，一定会先使 用初始化列表初始化。

成员变量在类中声明次序就是其在初始化列表中的初始化顺序，与其在初始化列表中的先后次序无关

用explicit修饰构造函数，将会禁止单参构造函数的隐式转换。

static成员

声明为static的类成员称为类的静态成员，用static修饰的成员变量，称之为静态成员变量；用static修饰的 成员函数，称之为静态成员函数。静态的成员变量一定要在类外进行初始化

特点:

1. 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例

2. 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字

3. 类静态成员即可用类名::静态成员或者对象.静态成员来访问

4. 静态成员函数没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员

5. 静态成员和类的普通成员一样，也有public、protected、private3种访问级别，也可以具有返回值， const修饰符等参数

C++11支持非静态的成员变量直接初始化

析构函数

概念：与构造函数功能相反，析构函数不是完成对象的销毁，局部对象销毁工作是由编译器完成的。而对象在销毁时会自动调用析构函数，完成类的一些资源清理工作。

析构函数特征：

1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
2. 无参数无返回值。
3. 一个类有且只有一个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
4. 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
5. 关于编译器自动生成的析构函数，是否会完成一些事情呢？下面的程序我们会看到，编译器生成的 默认析构函数，对会自定类型成员调用它的析构函数。

拷贝构造函数

构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。

拷贝构造函数特征:

1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。

2. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须使用引用传参，使用传值方式会引发无穷递归调用。

这是因为传参数的时候形参是实参的一份拷贝,而形参并没有初始化,所以要调用拷贝构造

而调用拷贝构造函数时又创建了另一个形参又要拷贝构造所以会无穷递归,传引用就没有

调用拷贝构造

3. 若未显示定义，系统生成默认的拷贝构造函数。 默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷 贝，这种拷贝我们叫做浅拷贝，或者值拷贝。

下面这几种情况下会调用拷贝构造函数

（1）显式或隐式地用同类型的一个对象来初始化另外一个对象。如上例中的CExample ccc = aaa;

（2）作为实参传递给一个函数。如上例中的bbb.myTestFunc(aaa);

（3）在函数体内返回一个对象时，也会调用返回值类型的拷贝构造函数

（4）初始化序列容器中的元素时。比如vector svec(5)，string的缺省构造函数和拷贝构造函数都会被调用。

（5）用列表的方式初始化数组元素时。string a[] = {string(“hello”),string(“world”)};会调用string的拷贝构造函数。

赋值运算符重载

运算符的重载

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类 型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。
函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)
注意：
不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如[e-mail] 重载操作符必须有一个类类型或者枚举类型的操作数 用于内置类型的操作符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不 能改变其含义
作为类成员的重载函数时，其形参看起来比操作数数目少1成员函数的 操作符有一个默认的形参this，限定为第一个形参

. 、:: 、sizeof 、?: 、. 注意以上5个运算符不能重载。*

赋值运算符重载

1. 参数类型
2. 返回值
3. 检测是否自己给自己赋值
4. 返回*this
5. 一个类如果没有显式定义赋值运算符重载，编译器也会生成一个，完成对象按字节序的值拷贝。