1.类的定义1.1 类定义格式#includeiostream #includeassert.h using namespace std; class stack { public: //成员函数 void Init(int n 4) { array (int*)malloc(sizeof(int) * n); if (nullptr array) { perror(malloc申请空间失败); return; } capacity n; top 0; } void Push(int x) { array[top] x; } int Top() { assert(top 0); return array[top - 1]; } void Destroy() { free(array); array nullptr; capacity top 0; } //成员变量 private: int* array; int capacity; int top; };//分号不能省略 int main() { stack st; //不传实参默认形参为缺省值。 st.Init(); st.Push(1); st.Push(2); cout st.Top() endl; st.Destroy(); return 0; }1. 如图定义了了一个名为 stack的类类的定义和结构体的定义类似只不过类里面还可以定义函数而结构体不行定义类是需要用到关键字 class 再在后面加上 类的名字然后是{}里面是类的主体注意类定义介绍后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。Data类class Data { public: void Init(int year, int month, int day) { _year year; _month month; _day day;// // 为了区分成员变量⼀般习惯上成员变量 // 会加⼀个特殊标识如_ 或者 m开头 } private: int _year; int _month; int _day; }; int main() { Data d; d.Init(2026, 5, 16); return 0; }2 . 为了区分成员变量⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识如_ 或者 m开头 。3. C中struct也可以定义类C兼容C中struct的⽤法同时struct升级成了类明显的变化是 struct中可以定义函数⼀般情况下我们还是推荐⽤class定义类4.定义在类⾯的成员函数默认为inline5. 类名就是类型所以定义一个类 就可以如上图Data d; Data 就是类型·。1.2 访问限定符1 . C⼀种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 提供给外部的⽤⼾使⽤。2.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protected和private是⼀样的以后继承章节才能体现出他们的区别。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如果后⾯没有 访问限定符作⽤域就到 } 即类结束。4 . class定义成员没有被访问限定符修饰时默认为privatestruct默认为public。5 . ⼀般成员变量都会被限制为private/protected需要给别⼈使⽤的成员函数会放为public讲解1. 这里就体现了public修饰的成员在类外可以直接访问。而被private修饰的成员在类外不可以直接访问。2. 访问限定符的作用域的规定如图 中 public 的作用域就是次public出现的位置到下一个 访问限定符出现的位置前就是它的作用域。如果后面没有访问限定符如private 后面没有访问限定符了那么它的作用域就是到类的结束位置 } 前。3. c 规定struct 也可以定义 类且内部也可以定义函数。但是我们平常不用这个还是用class 定义类它们两个定义的类 存在区别。如果class 定义的类的成员没有访问限定符作用那就默认是private而struct默认为 public。structclass1.3 类域我们之前说过 c中有 四个域全局域 局部函数域命名空间域类域1.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时 需要使⽤ :: 作 ⽤域操作符指明成员属于哪个类域。如下// 声明和定义分离需要指定类域需要用到域作用访问限定符。同时类域的定义 也可以避免命名冲突。因为在不同的域里面可以定义同名变量 和函数2.类域影响的是编译的查找规则 如果 上面的 Init不指定类域Stack那么默认回去 全局中找那么编译时找不到array等成员的声明/定义在哪⾥就会报错。指定类域Stack就是知 道Init是成员函数当前域找不到的array等成员就会到类域中去查找2. 实例化1. ⽤类类型在物理内存中创建对象的过程称为类实例化出对象。如上面的 stack sData d;2. 类是对象进⾏⼀种抽象描述是⼀个模型⼀样的东西限定了类有哪些成员变量这些成员变量只 是声明没有分配空间⽤类实例化出对象时才会分配空间。3.一个类可以实例出多个对象实例化出的对象会占用实际的物理空间来存储成员变量。打个比方就行我们实际生活中使⽤建筑设计图建造出房⼦类就像是设计图设计图规划了有多 少个房间房间⼤⼩功能等但是并没有实体的建筑存在也不能住⼈⽤设计图修建出房⼦房 ⼦才能住⼈。同样类就像设计图⼀样不能存储数据实例化出的对象分配物理内存存储数据。#includeiostream #includeassert.h using namespace std; 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: // 这⾥只是声明没有开空间 int _year; int _month; int _day; }; int main() { // Date类实例化出对象d1和d2 Date d1; Date d2; d1.Init(2026, 5, 17); d1.Print(); d2.Init(2018,8,18); d2.Print(); return 0; }2.2 对象⼤⼩分析⼀下类对象中哪些成员呢类实例化出的每个对象都有独⽴的数据空间所以对象中肯定包含 成员变量那么成员函数是否包含呢⾸先函数被编译后是⼀段指令对象中没办法存储这些指令 存储在⼀个单独的区域(代码段)那么对象中⾮要存储的话只能是成员函数的指针。再分析⼀下对 象中是否有存储指针的必要呢Date实例化d1和d2两个对象d1和d2都有各⾃独⽴的成员变量 _year/_month/_day存储各⾃的数据但是d1和d2的成员函数Init/Print指针却是⼀样的存储在对象 中就浪费了。如果⽤Date实例化100个对象那么成员函数指针就重复存储100次太浪费了。这⾥需 要再额外哆嗦⼀下其实函数指针是不需要存储的函数指针是⼀个地址调⽤函数被编译成汇编指令[call 地址] 其实编译器在编译链接时就要找到函数的地址不是在运⾏时找只有动态多态是在 运⾏时找就需要存储函数地址这个我们以后会讲解。所以对象中就只存储成员变量C规定类实例化的对象也要符合内存对⻬的规则。就想我们之前学习过的 结构体的内存对齐。内存对齐规则1第⼀个成员在与结构体偏移量为0的地址处2. 其他成员变量要对⻬到某个数字对⻬数的整数倍的地址处3. 注意对⻬数 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员⼤⼩的较⼩值vs默认的对齐数为84. VS中默认的对⻬数为85.结构体总⼤⼩为最⼤对⻬数所有变量类型最⼤者与默认对⻬参数取最⼩的整数倍。6.如果嵌套了结构体的情况嵌套的结构体对⻬到⾃⼰的最⼤对⻬数的整数倍处结构体的整体⼤⼩ 就是所有最⼤对⻬数含嵌套结构体的对⻬数的整数倍。学习完上述规则后那我们来简单应用一下#includeiostream using namespace std; // 计算⼀下A/B/C实例化的对象是多⼤ class A { public: void Print() { cout _ch endl; } private: char _ch; int _i; }; // 大小为 8byte class B { public: void Print() { //... } };// 大小为 1byte class C { // 大小为 1byte }; int main() { A a; B b; C c; cout sizeof(a) sizeof(b) sizeof(c) endl; return 0; }A类的大小 为什么为 8byte呢首先我们知道 成员函数是不存储的所以就只需考虑成员变量char_ ch; int_i; 首先char _ ch 大小为1比默认对齐数8小所以先对齐到 偏移量为1 的位置然后 对齐 int _i,因为大小为 4字节而编译器默认对齐数为 8所以取较小值 4那么int_ i,需要从4的最小整数倍开始对齐那么将从 偏移量为 4的位置开始对齐往后占用4 个字节总共占用 8个字节而8个字节为最大对齐数 4的整数倍所以最终对象的大小为 8个字节。上⾯的程序运⾏后我们看到没有成员变量的B和C类对象的⼤⼩是1为什么没有成员变量还要给1个 字节呢因为如果⼀个字节都不给怎么表⽰对象存在过呢所以这⾥给1字节纯粹是为了占位标识 对象存在。3. this指针#includeiostream using namespace std; class Data { public: //void Init(Data* const this ,int year,int month,int day) void Init(int year, int month, int day) { this-_year year;; this-_month month; this-_day day; } //void Print(Data* const this) void Print() { cout this-_year / this-_month / this-_day endl; } private: int _year; int _month; int _day; }; int main() { Data d1; Data d2; d1.Init(2024, 3, 31); d1.Print(); d2.Init(2024, 7, 5); d2.Print(); return 0; }我们上面讲过d1 和 d2 这两个对象的成员变量是相互独立的但是成员函数缺确实相同的那么当d1 调用 Init 和 Print时是怎么知道是 d1调用的还是d2调用的呢其实C给了 ⼀个隐含的this指针解决这⾥的问题。编译器编译后类的成员函数默认都会在形参第⼀个位置增加⼀个当前类类型的指针叫做this 指针。⽐如Date类的Init的真实原型为 void Init(Date* const this, int year, int month, int day)。并且 成员函数的函数体中的 _year._month,_day 并不是 成员变量因为类中的成员变量只是声明并没有开辟空间有了this指针的话当我们调用成员函数时就会传对象的地址过去这样就能区分究竟是d1调用还是d2调用了类的成员函数中访问成员变量本质都是通过this指针访问的如Init函数中给_year赋值 this- _year year;C规定不能在实参和形参的位置显⽰的写this指针(编译时编译器会处理)但是可以在函数体内显 ⽰使⽤this指针那么this指针是存在内存的那个区域中this指针本质上是形参而形参是存储在栈中的。下⾯通过两个选择题测试⼀下前⾯的知识学得如何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#includeiostream using namespace std; class A { public: void Print() { cout A::Print() endl; } private: int _a; }; int main() { A* p nullptr; p-Print(); return 0; }答案是正常运行p-Print()看似是进行了解引用操作实际上并没有因为成员函数指针并没有存在对象里面实际上是一句call指令先把p给rcx这个寄存器寄存器里面实际存的是对象的地址而这里的p就是对象的地址所以实际上没有解引用操作所以是正常运行如果代码为#includeiostream using namespace std; class A { public: void Print() { cout A::Print() endl; } private: int _a; }; int main() { A* p nullptr; p-_a; return 0; }p--a;那么就会导致程序崩溃因为_a是成员变量存在对象里面那么这里就会涉及到nullptr解引用的操作导致程序崩溃。2.2.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#includeiostream using namespace std; class A { public: void Print() { cout A::Print() endl; cout _a endl; } private: int _a; }; int main() { A* p nullptr; p-Print(); return 0; }这里的运行结果 是程序崩溃p-Print(),要调用这个函数要把p传给this指针然后再call函数的地址而函数的地址不在对象中所以不涉及解引用的1操作到这里是正常的但是Print()函数里面涉及到 cout -a endl;涉及到 访问 _a的操作相当于 this--a,但是由于this指针是nullptr所以存在对空指针的解引用导致程序崩溃。4. C和C语⾔实现Stack对⽐⾯向对象三⼤特性封装、继承、多态下⾯的对⽐我们可以初步了解⼀下封装。 通过下⾯两份代码对⽐我们发现C实现Stack形态上还是发⽣了挺多的变化底层和逻辑上没啥变 化。C实现Stack代码#includestdio.h #includestdlib.h #includestdbool.h #includeassert.h typedef int STDataType; typedef struct Stack { STDataType* a; int top; int capacity; }ST; void STInit(ST* ps) { assert(ps); ps-a NULL; ps-top 0; ps-capacity 0; } void STDestroy(ST* ps) { assert(ps); free(ps-a); ps-a NULL; ps-top ps-capacity 0; } void STPush(ST* ps, STDataType x) { assert(ps); // 满了 扩容 if (ps-top ps-capacity) { int newcapacity ps-capacity 0 ? 4 : ps-capacity * 2; STDataType* tmp (STDataType*)realloc(ps-a, newcapacity * sizeof(STDataType)); if (tmp NULL) { perror(realloc fail); return; } ps-a tmp; ps-capacity newcapacity; } ps-a[ps-top] x; ps-top; } bool STEmpty(ST* ps) { assert(ps); return ps-top 0; } void STPop(ST* ps) { assert(ps); assert(!STEmpty(ps)); ps-top--; } STDataType STTop(ST* ps) { assert(ps); assert(!STEmpty(ps)); return ps-a[ps-top - 1]; } int STSize(ST* ps) { assert(ps); return ps-top; } int main() { ST s; STInit(s); STPush(s, 1); STPush(s, 2); STPush(s, 3); STPush(s, 4); while (!STEmpty(s)) { printf(%d\n, STTop(s)); STPop(s); } STDestroy(s); return 0; }C实现Stack代码#includeiostream using namespace std; typedef int STDataType; class Stack { public: // 成员函数 void Init(int n 4) { _a (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n); if (nullptr _a) { perror(malloc申请空间失败); return; } _capacity n; _top 0; } void Push(STDataType x) { if (_top _capacity) { int newcapacity _capacity * 2; STDataType* tmp (STDataType*)realloc(_a, newcapacity * sizeof(STDataType)); if (tmp NULL) { perror(realloc fail); return; } _a tmp; _capacity newcapacity; } _a[_top] x; } void Pop() { assert(_top 0); --_top; } bool Empty() { return _top 0; } int Top() { assert(_top 0); return _a[_top - 1]; } void Destroy() { free(_a); _a nullptr; _top _capacity 0; } private: // 成员变量 STDataType* _a; size_t _capacity; size_t _top; }; int main() { Stack s; s.Init(); s.Push(1); s.Push(2); s.Push(3); s.Push(4); while (!s.Empty()) { printf(%d\n, s.Top()); s.Pop(); } s.Destroy(); return 0; }•C中数据和函数都放到了类⾥⾯通过访问限定符进⾏了限制不能再随意通过对象直接修改数 据这是C封装的⼀种体现这个是最重要的变化。比如说在c语言中访问栈顶元素只需要一行代码那为什么要单独实现一个函数去管理于是就直接访问结构 这样访问s.[s.top - 1],这样就存在 很多缺陷比如栈为空top为0就访问到 -1的位置或者说 会写成s.[s.top],这都是错误的。而在c中就不能这样访问因为c建议 成员变量都是私有的就不能在外面随便访问我们想让人访问的 就搞成公用不想的就搞成私有这样就实现出规范化管理这⾥的封装的本质是⼀种更严格规范的管 理避免出现乱访问修改的问题。当然封装不仅仅是这样的我们后⾯还需要不断的去学习。• C中有⼀些相对⽅便的语法⽐如Init给的缺省参数会⽅便很多还有成员函数每次不需要传对象地 址因为this指针隐含的传递了⽅便了很多使⽤类型不再需要typedef⽤类名就很⽅便• 在我们这个C⼊⻔阶段实现的Stack看起来变了很多但是实质上变化不⼤。等着我们后⾯看STL 中的⽤适配器实现的Stack⼤家再感受C的魅⼒。