C++——类和对象

🕗 发布于 2024-09-24 00:17 c++ 开发语言 学习

1：类的定义

1.1：类的创建

class date
{
public:
void Days(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = _month;
_day = day;
}

void print()
{
std::cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << std::endl;
}

private:

int _year;
int _month;
int _day;
};

注：

①：class的创建与C语言中的struct创建类似

②：在C++中，对struct做了升级，除了能像class一样封装函数外，只需要结构体名称就可以代表类型，如下：

struct ListNodeCPP
{
    void Init(int x)
    {
        next = nullptr;
        val = x;
    }
    ListNodeCPP* next;//C语言中必须以 struct ListNodeCPP * next 这种方式定义
    int val;
};

1.2：访问限定符

class中存在访问限定：private、public、protected；默认不加访问限定符时，class 默认所有类中的变量都是 private，外界无法访问；而struct 默认所有结构体中的变量都是 public，外界可以直接访问。

1.3：类域

类定义了一个新的作用域——类域

对于新手（我）而言，代码一般是从上往下执行的按顺序执行的，为什么类中，最底下定义的成员能够在函数中被使用呢？

答：对于类而言，先检查类名；再检查类的成员；最后才是类的成员函数。

2：类的实例化

了解实例化前，需要知道一个概念：类的定义是不占用空间的，它就是一个房子的模型图，里面规定了各种各样的东西，只有当把他实例化了以后，实例化的对象才会占用一定空间，就像将房子的模型实际建造了出来。

同时一个类可以实例化出多个对象，就像一个房屋模型可以建造很多间房屋一样。

每个对象相互独立，没有任何关联。

class date
{
void House(int height, int area, int furniture)
{
_house_height = height;
_house_area = area;
_house_furniture_num = furniture;
}

void print()
{
std::cout << _house_height << std::endl;
std::cout << _house_area << std::endl;
std::cout << _house_furniture_num << std::endl;

}

int _house_height;
int _house_area;
int _house_furniture_num;
};

int main()
{
date h1;//房子1
date h2;//房子2

return 0;
}

2.1对象大小

实例化对象的大小包含类中所有成员变量，但不包含成员函数（成员函数会存储在一个单独的区域），如果一定要存储的话，那只能是成员函数的指针。

在知道了这一点后，对象的大小就和在学习C语言时所讲的sizeof（）求结构体大小的对齐规则是一致的了，这里不再过多追叙。

注：我们知道对齐规则会导致系统空间的浪费，那么为什么一定需要浪费这一部分空间呢？不浪费不行吗？

答：系统每次会以4个字节访问，倘若前一个为 char，后一个为 int，如果不按对其规则来，数据读取完毕后还得进行拼接操作，极其繁琐，其空间如图所示：

因此需要对齐操作来使得系统在读取数据时更为方便快捷。

3：this指针

以下代码为例：

class House
{
public:
void house(int height, int area, int furniture)
{
_house_height = height;
_house_area = area;
_house_furniture_num = furniture;
}

void print()
{
std::cout <<"房子高度："<< _house_height << std::endl;
std::cout <<"占地面积："<< _house_area << std::endl;
std::cout <<"家具数量："<< _house_furniture_num << std::endl;

}
private:
int _house_height;
int _house_area;
int _house_furniture_num;
};

int main()
{
House h1;
House h2;

std::cout << "房子h1相关信息" << std::endl;
h1.house(20, 100, 30);
h1.print();

std::cout << std::endl;

std::cout << "房子h2相关信息" << std::endl;
h2.house(15, 150, 50);
h2.print();

return 0;
}

为了使类名 h1 、h2 正确调用函数，类的成员函数会默认在第一个位置增加一个当前类类型的指针，可以理解为，在传参的过程中，把类的地址也作为实参传递给形参中，这样函数就能够根据对应的地址来进行后续操作。

注：

①：不能将this指针写进实参中，因为系统会默认传递。

②：在函数体内可以使用this指针

4：类的默认成员函数

定义：默认成员函数就是用户没有显式实现，编译器会⾃动⽣成的成员函数称为默认成员函数。

我们需要带着以下两个疑问去学习默认构造函数：

①：我们不写时，编译器默认生成的函数行为是什么？是否满足我们的需求。

②：当编译器默认生成的函数不满足我们的需求，我们需要自己实现时，那么如何自己实现呢？

4.1：构造函数

非默认（一般）构造函数的编写：

class stack     //stack为类名
{
public:

    //构造函数
stack(int* arr , int capacity, int top )
{
_arr = arr;
_capacity = capacity;
_top = top;
}

private:
int* _arr;
int _capacity;
int _top;
};

int main()
{
stack st1(nullptr,4,0);//非默认构造函数，在实例化对象时，需要将参数传入

return 0;
}

根据上述代码可知构造函数具有以下特点：

①：函数名类名相同

②：无返回值

③：对于非默认构造函数而言，在实例化对象时需要传参，参数个数与缺省的参数数量有关。

默认构造函数有三个：在类中没有写构造函数、无参构造函数、全缺省构造函数。

//默认构造函数——不传参
class stack
{
public:

stack()
{
_arr = nullptr;
_capacity = 0;
_top = 0;
}

private:
int* _arr;
int _capacity;
int _top;
};

int main()
{
stack st1;

return 0;
}

//默认构造函数——全缺省

class stack
{
public:

stack(int* arr = nullptr, int capacity = 0, int top = 0)
{
_arr = arr;
_capacity = capacity;
_top = top;
}

private:
int* _arr;
int _capacity;
int _top;
};

int main()
{
stack st1;

return 0;
}

根据上述代码，可以得出构造函数的另外一个特点：

④：三种默认构造函数在类中只能存其一，不能同时存在。

///

在讲述最后一点特点前，需要知道一点，特别是对于初学者（我）而言。

什么是内置类型？

答：整数类型（int,short,long）、字符类型char、浮点型float、指针类型等都是内置类型，编译器都认识他们，在编译时能够做出反应。

什么又是自定义类型？

答：结构体（struct）、类（class）、枚举、联合等，这类都是自定义类型，编译器在编译过程中是不认识他们的，无法做出反应。

有了上述的了解后，再来认识构造函数的最后一个特点：

⑤：当我们不写默认构造函数时，编译器生成的默认构造函数，对内置类型成员变量的初始化没有要求，即初始化为何值取决于编译器。如下图：

对于自定义类型成员变量，要求调用这个成员变量的默认构造函数初始化，如果该成员变量没有默认构造函数，那么就会报错。

其次，假设现存在类A（A中有构造函数），类B（B中的成员有类A的实例化对象d），当我们在主函数创建类B的实例化对象时，B中的成员类A的实例化对象 d 为自动调用A中的构造函数进行初始化。如下图：

类queue中定义个两个自定义类stack，在创建实例化对象q时，会对其成员变量调用他们自己的构造函数，结果如下：

4.2：析构函数

析构函数的编写：

class stack
{
public:
stack(int n = 4)
{
_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
assert(_arr);
_capacity = n;
_top = 0;
}

    //析构函数
~stack()
{
free(_arr);
_arr = nullptr;
_capacity = 0;
_top = 0;
}

private:
int* _arr;
int _capacity;
int _top;
};

class queue
{
public:

private:
stack q1;
stack q2;
};

int main()
{
stack st;
queue q;

return 0;
}

析构函数具有以下特点：

①：析构函数名是在类名前加上 ~

②：无参数无返回值

③：一个类只有一个析构函数。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，系统会自动调用析构函数

⑤：跟构造函数类似，我们不写时，编译器自动生成的析构函数对内置类型成员不做处理，自定义类型会调用他的析构函数

⑥：还需要注意的是我们显示写析构函数，对于自定义类型成员也会调用他的析构，也就是说自定义类型成员无论什么情况都会自动调用析构函数

⑦：如果类中没有申请资源时，析构函数可以不写，直接使用编译器生成的默认析构函数，如Date；如果默认生成的析构就可以⽤，也就不需要显示写析构，如MyQueue；但是有资源申请时，⼀定要自己写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。

⑧：⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。

4.3：拷贝构造

拷贝构造用于一个对象拷贝初始化给另一个要创建的对象。

而赋值运算符用于完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值。

拷贝构造代码如下：


拷贝复制——浅拷贝//值拷贝

class date
{
public:
//构造函数
date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//拷贝构造  d是d1的别名  this 指针指向 d2
date(date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
    //也可以写成这种形式，对于新人来说方便理解
        this->_year = d._year;
this->_month = d._month;
this->_day = d._day;
}

void print()
{
std::cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << std::endl;
}

private:
int _year;
int _month;
int _day;
};

int main()
{
date d1(2024, 10, 13);
date d2(d1);
    date d2 = d1; //这两种拷贝方式都可以
d2.print();
return 0;
}

根据上述代码，可以得出拷贝构造有如下特点：

①：拷贝构造时使用同类对象初始化创建对象，拷⻉构造函数的第⼀个参数必须是类类型对象的引⽤。

②：C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这⾥⾃定义类型传值传参和传值返回都会调⽤拷⻉构造完成。

③：若未显示定义拷贝构造，编译器会自动生成拷贝构造函数。⾃动生成的拷贝构造对内置类型成

员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷⻉)，如上代码：

而对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷⻉构造，需要用到深拷贝，代码如下：

class stack
{
public:
stack(int n = 4)
{
_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
assert(_arr);
_capacity = n;
_top = 0;
}


    //深拷贝，需要开辟一块新的内存空间，将原来的值 copy到新的空间内。
stack(stack& st)
{
_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
assert(_arr);
memcpy(_arr, st._arr, sizeof(int) * st._top);
_capacity = st._capacity;
_top = st._top;
}


~stack()
{
free(_arr);
_arr = nullptr;
_capacity = 0;
_top = 0;
}

private:
int* _arr;
int _capacity;
int _top;
};

class queue
{
public:

private:
stack q1;
stack q2;
};

int main()
{
//stack st1;
//stack st2 = st1;

//queue q1;
//queue q2 = q1;

return 0;
}

问：为什么要用到深拷贝呢？

答：如果采用之值拷贝/浅拷贝，对成员进行一个字节一个字节的拷贝，假设成员中包含资源调用（例如通过动态内存函数开辟的空间），那么定义两个实例化的对象后，这两个对象会指向同一块空间，这显然是不可取的，因此需要进行深拷贝。

④：拷贝构造与默认构造类似，当对象A中包含拷贝构造，对象B中包含成员A，那么将B拷贝构造给C时，B中的成员A会调用他自己的拷贝构造。

注：小贴士——类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写拷贝构造，否则就不需要。

⑤：传值返回会产生一个临时对象调用拷贝构造，而传引用返回，返回的是返回对象的别名，没有调用拷贝构造，能够提升效率。但是，如果返回对象是一个当前函数局部域的局部对象，函数结束时就销毁了，那么引用时有问题的，这时的引用相当于一个野引用。

注：把局部函数的局部对象转换成全局变量就可以用传引用返回，例如用 static 去作用局部对象。

4.4：赋值运算符重载

赋值运算符用于完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值。

4.4.1：运算符重载

运算符重载有以下规定：

①：C++规定类类型对象使⽤运算符时，必须转换成调⽤对应运算符重载，若没有对应的运算符重载，则会编译报错。

②：运算符重载是具有特殊名字的函数，他的名字是由operator和后⾯要定义的运算符共同构成。因此，运算符重载的代码如下：

date d1(2024, 9,19 );
date d2(1997, 5, 5);

//这两种都可以
d1.operator<(d2); 
d1 < d2;

③：运算符重载作为成员函数时，参数比运算对象少一个，对于二元运算符，左侧运算对象传给第一个参数，右侧运算对象传给第二个参数，因此上述代码中，operator< 函数的实现方式如下：

bool date::operator<(date& d)//d1传递给隐含的 this 指针 而d作为d2的别名
{
if (_year < d._year)
{
return true;
}
else if (_year == d._year && _month < d._month)
{
return true;
}
else if (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day)
{
return true;
}
return false;
}

4.4.2：赋值运算符重载

赋值运算符重载的实现代码：

date d1(2024, 9,19 );
date d2(1997, 5, 5);

date d3(d1);//这个是拷贝构造，⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象

d1 = d2;//这个是赋值运算符重载，⽤于完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值

可以通过调试证明，在调试过程中，dated3(d1)会调用拷贝构造，而 d1=d2不会。

赋值运算符重载的特点：

①：赋值运算符重载是⼀个运算符重载，规定必须重载为成员函数。

②：有返回值，且建议写成当前类类型引⽤，引⽤返回可以提⾼效率，有返回值⽬的是为了⽀持连续赋值场景。注：注意是否存在野引用。

5：部分代码

date.h：

#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>

class date
{

public:

    //构造函数: 没有返回类型和返回值,与类名一致,参数与类成员尽量不一致
date(int year, int month, int day)
{
if (!checkdate(year, month, day))
{
std::cout << "日期输入有误，请重新输入" << std::endl;
}
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}

//析构函数：同样没有返回类型和返回值，在类名前面加上 ~ ，
~date()
{
_year = 0;
_month = 0;
_day = 0;
}

//拷贝构造：同样没有返回类型和返回值，形参在同类的类名后加上& 表示拷贝构造
date(const date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}

void print();

bool operator<(date& d);

private:
int _year;
int _month;
int _day;
};

date.cpp:

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "date.h"

bool date::operator<(date& d)
{
if (_year < d._year)
{
return true;
}
else if (_year == d._year && _month < d._month)
{
return true;
}
else if (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day)
{
return true;
}
return false;
}

test.cpp

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "date.h"

int main()
{
date d1(2024, 9,19 );
date d2(1997, 5, 5);

date d3(d1);
d1 = d2;

return 0;
}

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_51952310/article/details/142172635

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