吐鲁番网站建设,飞浪网站建设,公众号怎么开通留言,企业网站建设费计入文章目录1 面向过程与面向对象的初步认识2 类的引入3 类的定义4 类的访问限定符及封装4.1 访问限定符4.2 封装5 类的实例化6 类对象模型6.1 如何计算类的大小6.2 类对象的存储方式猜测7 this指针7.1 this指针的引出7.2 this指针的特性8 C语言和C栈#xff08;Stack#xff09…
文章目录1 面向过程与面向对象的初步认识2 类的引入3 类的定义4 类的访问限定符及封装4.1 访问限定符4.2 封装5 类的实例化6 类对象模型6.1 如何计算类的大小6.2 类对象的存储方式猜测7 this指针7.1 this指针的引出7.2 this指针的特性8 C语言和C栈Stack实现的对比1 面向过程与面向对象的初步认识 C语言是面向过程的关注的是过程分析出求解问题的步骤通过函数调用逐步解决问题。 如下假设我们需要完成洗衣服的任务则C语言考虑的就是将洗衣服整个过程分成一个个步骤 C是基于面向对象的关注的是对象将一件事情拆分成不同的对象靠对象之间的交互完成。 如下同样是洗衣服这件事可以将其分为四个对象人、衣服、洗衣粉、洗衣机 。整个过程中人需要将衣服放进洗衣机、倒入洗衣粉、启动洗衣机洗衣机完成洗衣并甩干。整个过程主要是由人、衣服、洗衣粉、洗衣机四个对象之间的交互完成的人不需要关注洗衣机具体是如何洗衣服的是如何甩干的。 2 类的引入 C语言结构体中只能定义变量在C中结构体内不仅可以定义变量兼容C的语法也可以定义函数。 如用C语言方式实现的栈结构体中只能定义变量而现在以C方式实现struct 中还可以定义函数。 C栈实现部分代码示例
#include iostreamusing namespace std;typedef int DataType;
struct Stack
{void Init(size_t capacity){_array (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);if (nullptr _array){perror(malloc申请空间失败);return;}_capacity capacity;_size 0;}void Push(const DataType data){// 扩容_array[_size] data;_size;}DataType Top(){return _array[_size - 1];}void Destroy(){if (_array){free(_array);_array nullptr;_capacity 0;_size 0;}}DataType* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};int main()
{Stack s;s.Init(10);s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);cout s.Top() endl;s.Destroy();return 0;
}对于上述示例的结构体定义在C中更习惯用 class 来代替并将其称之为 类 。
以定义一个节点类型为例C中 struct ListNode 是类型在结构体定义中必须连起来使用而在C中ListNode 就是一个类在结构体定义中可直接使用。 //C语言中 typedef struct ListNode { {\kern 8pt}int val; {\kern 8pt}struct ListNode* next; }LNode; //C中 struct ListNode { {\kern 8pt}int val; {\kern 8pt}ListNode* next; }; 3 类的定义 class ClassName{ {\kern 8pt}//类体由成员函数和成员变量组成 }; //注意后面一定要记得跟分号 其中 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的分号不能省略。类体中的内容称为 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 类的方法 或 成员函数。其中类中成员变量与成员函数定义的先后不会影响成员函数的使用。 类的两种定义方式
声明和定义全部放在类体中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来处理。 类的声明放在 .h 文件中成员函数定义放在 .cpp 文件中注意成员函数名前面需要加 类名:: 以提醒编译器该函数不是全局函数而是某个类中的成员函数。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。在类外定义成员时需要使用域操作符 :: 指明成员属于哪个类域 一般情况下建议使用第二种方式 成员变量命名规则的建议
示例
这里我们定义一个日期类其中包括有初始化成员函数用于初始化日期成员变量年、月、日当我们不注意使初始化成员函数的形参名与类中成员变量同名时就会产生歧义而无法得到正确结果函数优先使用自身局部中的变量。 基于此推荐在成员变量名前添加 _如 int _year; 。当然还有可以用其它方式一般都是加个前缀或者后缀标识区分就行。 4 类的访问限定符及封装
4.1 访问限定符 访问限定符 public公有protected保护private私有 访问限定符说明
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。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访问权限作用域就到}即类结束。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 关于C中struct和class的区别 C需要兼容C语言所以C中struct可以当成结构体使用。另外C中struct还可以用来定义类和class定义类是一样的区别是struct定义的类默认访问权限是publicclass定义类默认的访问权限是private。在继承和模板参数列表位置struct和class也有区别 4.2 封装 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提高了安全性。 C实现封装的方式用类将对象的属性成员变量和方法成员函数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。 封装本质上是一种管理让用户更方便使用类。 比如对于电脑这样一个复杂的设备提供给用户的就只有开关机键、键盘、显示器、USB插孔等通过这些让用户和计算机进行交互完成日常事务但实际上电脑中真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。 对于计算机使用者而言不用关心内部核心部件如主板上的线路是如何布局的CPU内部是如何设计的等用户只需要知道怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计算机产商在出厂时在计算机外部套上壳子将内部实现细节隐藏起来仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等让用户可以与计算机进行交互即可。
在C中实现封装可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合通过访问权限来隐藏对象内部的实现细节控制哪些方法可以在类外部直接被使用。 5 类的实例化 用类类型创建对象的过程称为类的实例化。注意我们对一个变量的类型及名称的说明即为声明声明并没有真正的定义了变量只有为变量开辟了空间才算是真正定义了变量而对于类这个定义过程或者说开辟空间就叫做类的实例化。 类是对对象进行描述的是一个 模型 一样的东西限定了其中有哪些成员。定义一个类并没有分配实际的内存空间来存储它。比如人就可以看作一个类其中描述了人的具体属性姓名性别年龄等及完成某件事的行为方式等一个类可以实例化多个对象就好比多个不同的人个体实例化出的对象占用实际的物理空间以存储类成员变量。 int main() { {\kern 8pt}Person._age 100; // 编译失败error C2059: 语法错误:“.” {\kern 8pt}return 0; } 其中Person类是没有空间的只有Person类实例化出的对象才有具体年龄。就好比问一个人的年龄你首先得知道是哪个具体的人
类的实例化示例 6 类对象模型
6.1 如何计算类的大小
同样如下以一个日期类为例
//日期类
class Date {
public:void Init(int year, int month, int day) {_year year;_month month;_day day;}
private:int _year;//年int _month;//月int _day;//日
};问题 类中既可以有成员变量又可以有成员函数那么一个类的对象中包含了什么该如何计算类的大小 6.2 类对象的存储方式猜测 猜测一对象中包含类的各个成员 缺陷 每个对象中的成员变量是不同的但是调用同一份函数函数的实现是相同的如果按照此方式存储当一个类创建多个对象时每个对象中都会保存一份代码相同代码保存多次浪费空间。 猜测二代码只保存一份在对象中保存存放成员函数代码的地址 猜测三只保存成员变量成员函数放在公共代码段
那么对于上述三种存储方式计算机到底是按哪种方式来存储的
我们再通过对下面的不同类对象分别获取大小来分析
//类中既有成员变量又有成员函数
class A1 {
public:void f1() {}
private:int _a;
};//类中仅有成员函数
class A2 {
public:void f2() {}
};//类中什么都没有---空类
class A3
{};int main() {cout A1类的大小 sizeof(A1) endl;cout A2类的大小 sizeof(A2) endl;cout A3类的大小 sizeof(A3) endl;return 0;
}测试结果 可以发现 对于既有成员变量也有成员函数的A1类其大小只将成员变量计算在内了由此可见对于之前猜测的一、二两种对象存储方式都不符合只有第三种猜测符合测试结果而对于只包含成员函数的类或空类其大小都为一个字节。
结论一个类的大小实际就是该类中成员变量之和当然并不是单纯的将每个成员变量的大小相加还要注意内存对齐具体结构体内存对齐规则可参看link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的对象。这一个字节不存储有效数据而是起占位作用标识对象被实例化定义出来了。 7 this指针
7.1 this指针的引出
这里还是先定义一个日期类 Date 作为示例
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(2023, 2, 3);d2.Init(2023, 2, 4);d1.Print();d2.Print();return 0;
}思考 Date类中有Init和Print两个成员函数函数体中没有关于对象的区分那当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
解释C中通过引入 this 指针来解决该问题即C编译器给每个 非静态的成员函数 增加了一个隐藏的指针参数让该指针指向当前对象函数运行时调用该函数的对象在函数体中所有 “成员变量” 的操作都是通过该指针去访问的。只不过所有的操作对用户是透明的即用户不需要主动传参编译器自动完成。 7.2 this指针的特性 this指针的类型类类型* const 即成员函数中不能给this指针赋值。 我们不能显示的在成员函数参数列表中添加this指针但可以在成员函数内部使用this指针且this指针只能在 “成员函数” 内部使用。 this指针本质上是 “成员函数” 的形参 当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指针作为形参this指针是存在栈中的。 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。即不需要我们再在调用函数时进行对象地址的传参 思考this指针可以为空吗
我们先来看看如下代码
// 1.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
class A{
public:void Print(){cout Print() endl;}private:int _a;
};int main(){A* p nullptr;p-Print();return 0;
}编译运行结果编译通过程序正常运行成功输出 Print()。 再看看接下来这段代码
// 1.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
class A{
public:void PrintA(){cout _a endl;}private:int _a;
};int main(){A* p nullptr;p-PrintA();return 0;
}编译运行结果运行崩溃报错提示访问权限冲突this指针是空指针。 是什么原因造成了这两种程序运行结果呢
解释 从前面对象存储方式的讲解中我们知道了成员函数是存储在公共代码段当我们使用对象调用函数时受到类域限制虽然函数存在公共代码段但需要使用 对象.成员函数 的方法才能进行调用不能直接调用成员函数不需要在对象里面进行查找只需要在公共代码段中查找反映在汇编指令上即是通过 call 指令跳转到函数所在地址处。两段代码的区别在于第一段代码中调用的成员函数中没有用this指针访问对象中成员变量的操作因此运行函数时并没有用this指针进行解引用操作也就不会有访问冲突和空指针异常了而第二段代码中调用的成员函数中使用this指针进行了解引用来访问对象中的成员变量而this指针又是空指针无法进行解引用因此发生了空指针异常程序运行崩溃。事实上我们通过对象指针去访问对象的成员函数时是否有对this指针进行解引用不是看有没有解引用符号- 或 *而要看程序运行时是否需要到对象中进行查找若是需要则表示有解引用反之不然。 8 C语言和C栈Stack实现的对比
C语言实现
#include assert.h
#include stdio.htypedef int DataType;
typedef struct Stack
{DataType* array;int capacity;int size;
}Stack;void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps-array (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);if (NULL ps-array){assert(0);return;}ps-capacity 3;ps-size 0;
}void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);if (ps-array){free(ps-array);ps-array NULL;ps-capacity 0;ps-size 0;}
}void CheckCapacity(Stack* ps){if (ps-size ps-capacity){int newcapacity ps-capacity * 2;DataType* temp (DataType*)realloc(ps-array,newcapacity * sizeof(DataType));if (temp NULL){perror(realloc申请空间失败!!!);return;}ps-array temp;ps-capacity newcapacity;}
}void StackPush(Stack* ps, DataType data)
{assert(ps);CheckCapacity(ps);ps-array[ps-size] data;ps-size;
}int StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return 0 ps-size;
}void StackPop(Stack* ps)
{if (StackEmpty(ps))return;ps-size--;
}DataType StackTop(Stack* ps)
{assert(!StackEmpty(ps));return ps-array[ps-size - 1];
}int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps-size;
}int main()
{Stack s;StackInit(s);StackPush(s, 1);StackPush(s, 2);StackPush(s, 3);StackPush(s, 4);printf(%d\n, StackTop(s));printf(%d\n, StackSize(s));StackPop(s);StackPop(s);printf(%d\n, StackTop(s));printf(%d\n, StackSize(s));StackDestroy(s);return 0;
}可以看到在用C语言实现时Stack相关操作函数有以下共性
每个函数的第一个参数都是 Stack* 。函数中必须要对第一个参数检测因为该参数可能会为NULL。函数中都是通过 Stack* 参数操作栈的。调用时必须传递 Stack 结构体变量的地址。
C语言中结构体只能定义存放数据的结构操作数据的方法不能放在结构体中即数据和操作数据的方式是分离开的 而且实现上相对复杂一点涉及到大量的指针操作稍不注意可能就会出错。 C实现
#include iostreamusing namespace std;typedef int DataType;
class Stack
{
public:void Init(){_array (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);if (NULL _array){perror(malloc申请空间失败!!!);return;}_capacity 3;_size 0;}void Push(DataType data){CheckCapacity();_array[_size] data;_size;}void Pop(){if (Empty())return;_size--;}DataType Top() { return _array[_size - 1]; }int Empty() { return 0 _size; }int Size() { return _size; }void Destroy(){if (_array){free(_array);_array NULL;_capacity 0;_size 0;}}private:void CheckCapacity(){if (_size _capacity){int newcapacity _capacity * 2;DataType* temp (DataType*)realloc(_array, newcapacity *sizeof(DataType));if (temp NULL){perror(realloc申请空间失败!!!);return;}_array temp;_capacity newcapacity;}}private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};int main()
{Stack s;s.Init();s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);s.Push(4);printf(%d\n, s.Top());printf(%d\n, s.Size());s.Pop();s.Pop();printf(%d\n, s.Top());printf(%d\n, s.Size());s.Destroy();return 0;
}C中通过类可以将数据以及操作数据的方法进行有机结合通过访问权限可以控制哪些方法在类外可以被调用即封装。 在使用时就像使用自己的成员一样更符合人类对一件事物的认知。而且每个方法不需要再传递 Stack* 参数了编译器编译之后该参数会自动还原即C中 Stack* 参数是编译器维护的C语言中需要用户自己维护。 以上是我对C中类和对象的一些初步认识如有错误希望大家帮忙指正也欢迎大家给予建议和讨论谢谢
