类的作用域及计算

时间：2024-04-06 09:12:13

目录

一：类的作用域

二：类的实例化

三：类的对象模型 

3.1如何计算类对象的大小

7.2类对象的存储方式猜测

3.3结构体内存对其规则

四：this指针

8.1this指针的引出

8.2this指针的特性

4.3C语言和C++实现Stack的对比

一：类的作用域

类定义了一个域，类的所有成员都在类的作用域中。在类外定义变量成员时，需要使用：：作用域限定符指明成员属于哪个域

class Person
{
public:
	void PrintPersonInfo();

private:
	char _name[20];
	char _gender[10];
	int _age;

};

//这里指定PrintPersonInfo是属于Person这个域的
void Person::PrintPersonInfo()
{
	cout << "_name" << " " << "_gender" << " " << " age" << endl;

}

二：类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

1.类是对对象进行描述的，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储存它；比如：入学时填写的学生信息表，表格就可以看作是一个类，来描述具体的学生信息

类就像是一个迷题，对谜底进行描述，谜底就是谜语的一个实例

2.一个类可以实例化出多个变量，实例化出的对象，占用的实际的物理空间，存储类的成员变量

int main()
{
	Person._age = 100;//编译失败：error 语法错误

	return 0;
}

Person类是没有空间的，只有Person类的实例化出的对象才有具体的年龄

3.做个比方，类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图创建出房子，类就像设计图，只设计需要什么东西，实际上并没有实体的建筑存在，同样类也是一个设计，实例化出对象才能实际存储东西，占物理空间

 

三：类的对象模型 

3.1如何计算类对象的大小

class A
{
public:
	void PrintA()
	{
		cout << "_a" << endl;
	}

private:
	char _a;
};

问题：：类中既可以有成员变量，也可以有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么？如何计算类的大小？

7.2类对象的存储方式猜测

成员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，但是调用的函数是相同的，如果按照这种此种方式存储，当一个类创建多个对象时，每个对象中都会保存一份代码，相同的代码保存多次，浪费空间，那么如何解决呢？ 

代码只保存一份，在对象中保存代码的地址

只保存成员变量，成员函数放在公共的代码段 

问题：对于上述三种存储方式，那么计算机到底是按照那种方式来存储的？

 我们可以通过下面的代码分析得出结论：

//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
{

};

首先对于A1，来说：

通过求A1的字节大小，可以得出答案，应该是第三种方案

那么空类的字节大小是多少？是0吗？

 为什么空类没有成员变量，字节大小是一呢？

前面实例化时有讲到，对于函数变量的定义是开辟了空间给变量，如果空类的字节大小是0，那么下面的情况如何解释？

如果字节大小是零，变量的定义好的条件又是开辟空间，不就自相矛盾了吗？

所以空类的大小是1，这个1不存储有效数据，只是标识变量已经开辟出来了

 结论：

一个类的大小，实际上就是该类中“成员变量之和”，当然要注意内存对齐

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的对象

3.3结构体内存对其规则

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
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。

四：this指针

8.1this指针的引出

我们先定义一个日期类Date

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;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1, d2;
	d1.Init(2024, 4, 5);
	d1.Print();

	d2.Init(2023, 4, 4);
	d2.Print();

	return 0;
}
对于上述类，有这样的一个问题：
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？
C++ 中通过引入 this 指针解决该问题，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。只不过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。

8.2this指针的特性

1. this 指针的类型：类类型 * const ，即成员函数中，不能给 this 指针赋值，但是this指针指向的内容可以修改
2. 只能在 “ 成员函数 ” 的内部使用
3. 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 。
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指针在实参，形参中不可以显示，编译器自己加，但是在类中可以用

this指针存在哪里？

 this指针作为形参存放在栈中，但是由于this指针频繁使用，优点编译器会进行优化，存放在寄存器中

4.3C语言和C++实现Stack的对比

1.C语言实现

typedef 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;
 }
比特就业课
 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]
};
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
结构体中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 ，而且实现上相当复杂一点，涉及到大量指针操作，稍不注意可能就会出
错。
2.C++实现 
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完美结合，通过访问权限可以控制那些方法在
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传递 Stack* 的参数了，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 语言中需用用户自己维护 。

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