類的引入

C語(yǔ)言中，結(jié)構(gòu)體中只能定義變量，在C++中，結(jié)構(gòu)體內(nèi)不僅可以定義變量，也可以定義函數(shù)。

struct Student{	//在類里面定義函數(shù)	void SetStudentInfo(const char* name, const char* gender, int age)	{		strcpy(_name, name);		strcpy(_gender, gender);		_age = age;	}		//在類里面定義函數(shù)	void PrintStudentInfo()	{		cout<<_name<<" "<<_gender<<" "<<_age<<endl;	}    //在類里面定義變量char _name[20];char _gender[3];int _age;};int main(){	Student s;	s.SetStudentInfo("Peter", "男", 18);	return 0;}

上面結(jié)構(gòu)體的定義，在C++中更喜歡用class來(lái)代替

類的定義

class className{// 類體：由成員函數(shù)和成員變量組成}; // 一定要注意后面的分號(hào)

class為定義類的關(guān)鍵字，ClassName為類的名字，{}中為類的主體，注意類定義結(jié)束時(shí)后面分號(hào)。

類中的元素稱為類的成員：類中的數(shù)據(jù)稱為類的屬性或者成員變量; 類中的函數(shù)稱為類的方法或者成員函數(shù)。

類的兩種定義方式：

1. 聲明和定義全部放在類體中，需要注意：成員函數(shù)如果在類中定義，編譯器可能會(huì)將其當(dāng)成內(nèi)聯(lián)函數(shù)處
   理

2. 聲明放在.h文件中，類的定義放在.cpp文件中

一般情況下，更期望采用第二種方式。

類的訪問(wèn)限定符及封裝

訪問(wèn)限定符

C++實(shí)現(xiàn)封裝的方式：用類將對(duì)象的屬性與方法結(jié)合在一塊，讓對(duì)象更加完善，通過(guò)訪問(wèn)權(quán)限選擇性的將其
接口提供給外部的用戶使用

【訪問(wèn)限定符說(shuō)明】

1. public修飾的成員在類外可以直接被訪問(wèn)

2. protected和private修飾的成員在類外不能直接被訪問(wèn)(此處protected和private是類似的)

3. 訪問(wèn)權(quán)限作用域從該訪問(wèn)限定符出現(xiàn)的位置開(kāi)始直到下一個(gè)訪問(wèn)限定符出現(xiàn)時(shí)為止

4. class的默認(rèn)訪問(wèn)權(quán)限為private，struct為public(因?yàn)閟truct要兼容C)
   注意：訪問(wèn)限定符只在編譯時(shí)有用，當(dāng)數(shù)據(jù)映射到內(nèi)存后，沒(méi)有任何訪問(wèn)限定符上的區(qū)別

【面試題】
問(wèn)題：C++中struct和class的區(qū)別是什么？
解答：C++需要兼容C語(yǔ)言，所以C++中struct可以當(dāng)成結(jié)構(gòu)體去使用。另外C++中struct還可以用來(lái)定義類。
和class是定義類是一樣的，區(qū)別是struct的成員默認(rèn)訪問(wèn)方式是public，class是struct的成員默認(rèn)訪問(wèn)方式
是private。

封裝

【面試題】 面向?qū)ο蟮娜筇匦裕悍庋b、繼承、多態(tài)。
在類和對(duì)象階段，我們只研究類的封裝特性，那什么是封裝呢？
封裝：將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，隱藏對(duì)象的屬性和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，僅對(duì)外公開(kāi)接口來(lái)和對(duì)象進(jìn)行交互。
封裝本質(zhì)上是一種管理：我們?nèi)绾喂芾肀R俑呢？比如如果什么都不管，兵馬俑就被隨意破壞了。那么我們首先建了一座房子把兵馬俑給封裝起來(lái)。但是我們目的全封裝起來(lái)，不讓別人看。所以我們開(kāi)放了售票通
道，可以買票突破封裝在合理的監(jiān)管機(jī)制下進(jìn)去參觀。類也是一樣，我們使類數(shù)據(jù)和方法都封裝到一下。
不想給別人看到的，我們使用protected/private把成員封裝起來(lái)。開(kāi)放一些共有的成員函數(shù)對(duì)成員合理的訪問(wèn)。所以封裝本質(zhì)是一種管理

類的作用域

類定義了一個(gè)新的作用域，類的所有成員都在類的作用域中。在類體外定義成員，需要使用 :: 作用域解析符指明成員屬于哪個(gè)類域

class Person{public:	void PrintPersonInfo();private:char _name[20];char _gender[3];int _age;};// 這里需要指定PrintPersonInfo是屬于Person這個(gè)類域void Person::PrintPersonInfo(){	cout<<_name<<" "_gender<<" "<<_age<<endl;}

短小的的成員函數(shù)，直接在類里面定義，就默認(rèn)是內(nèi)聯(lián)函數(shù)

代碼長(zhǎng)的成員函數(shù)建議聲明和定義分離

私有的數(shù)據(jù)可以通過(guò)共有的函數(shù)來(lái)操作，比如棧，棧的成員變量可以私有，在外部就無(wú)法訪問(wèn)成員變量，要想對(duì)成員變量進(jìn)行操作可以使用公有的成員函數(shù)。

類的實(shí)例化

1. 類只是一個(gè)模型一樣的東西，限定了類有哪些成員，定義出一個(gè)類并沒(méi)有分配實(shí)際的內(nèi)存空間來(lái)存儲(chǔ)它
2. 一個(gè)類可以實(shí)例化出多個(gè)對(duì)象，實(shí)例化出的對(duì)象 占用實(shí)際的物理空間，存儲(chǔ)類成員變量
3. 做個(gè)比方。類實(shí)例化出對(duì)象就像現(xiàn)實(shí)中使用建筑設(shè)計(jì)圖建造出房子，類就像是設(shè)計(jì)圖，只設(shè)計(jì)出需要什么東西，但是并沒(méi)有實(shí)體的建筑存在，同樣類也只是一個(gè)設(shè)計(jì)，實(shí)例化出的對(duì)象才能實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，占用物理空間

類對(duì)象模型

如何計(jì)算類對(duì)象的大小

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

問(wèn)題：類中既可以有成員變量，又可以有成員函數(shù)，那么一個(gè)類的對(duì)象中包含了什么？如何計(jì)算一個(gè)類的大小？

答案：一個(gè)類的對(duì)象中只包含了成員變量，一個(gè)類的大小只包括成員變量的大小，根據(jù)內(nèi)存對(duì)齊方式來(lái)確定類的大小。

類對(duì)象的存儲(chǔ)方式猜測(cè)

• 對(duì)象中包含類的各個(gè)成員

  缺陷：每個(gè)對(duì)象中成員變量是不同的，但是調(diào)用同一份函數(shù)，如果按照此種方式存儲(chǔ)，當(dāng)一個(gè)類創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象時(shí)，每個(gè)對(duì)象中都會(huì)保存一份代碼，相同代碼保存多次，浪費(fèi)空間。那么如何解決呢

• 只保存成員變量，成員函數(shù)存放在公共的代碼段

一個(gè)類實(shí)例化出N個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象的成員變量可以存儲(chǔ)不同的值，但是調(diào)用的函數(shù)卻是同一個(gè)，如果每個(gè)對(duì)象都放成員函數(shù)，而這些成員函數(shù)卻是一樣的，就會(huì)浪費(fèi)空間。

我們?cè)偻ㄟ^(guò)對(duì)下面的不同對(duì)象分別獲取大小來(lái)分析看下

// 類中既有成員變量，又有成員函數(shù)class A1 {public:void f1(){}private:int _a;};// 類中僅有成員函數(shù)class A2 {public:void f2() {}};// 類中什么都沒(méi)有---空類class A3{};

sizeof(A1) : 4

sizeof(A2) : 1

sizeof(A3) : 1

結(jié)論：一個(gè)類的大小，實(shí)際就是該類中”成員變量”之和，當(dāng)然也要進(jìn)行內(nèi)存對(duì)齊，注意空類的大小，空類比
較特殊，編譯器給了空類1個(gè)字節(jié)來(lái)唯一標(biāo)識(shí)這個(gè)類。

為什么給了1個(gè)字節(jié)而不是0個(gè)字節(jié)呢？

開(kāi)1個(gè)字節(jié)不是為了存數(shù)據(jù)，是為了占位，表示其存在。

如果一個(gè)類沒(méi)有成員，那么他的對(duì)象需要給1byte進(jìn)行占位來(lái)標(biāo)識(shí)對(duì)象存在，這1byte不存儲(chǔ)有效數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對(duì)齊規(guī)則

1. 第一個(gè)成員在與結(jié)構(gòu)體偏移量為0的地址處。

2. 其他成員變量要對(duì)齊到某個(gè)數(shù)字（對(duì)齊數(shù)）的整數(shù)倍的地址處

   注意：對(duì)齊數(shù) = 編譯器默認(rèn)的一個(gè)對(duì)齊數(shù) 與 該成員大小的較小值。
   VS中默認(rèn)的對(duì)齊數(shù)為8

3. 結(jié)構(gòu)體總大小為：最大對(duì)齊數(shù)（所有變量類型最大者與默認(rèn)對(duì)齊參數(shù)取最小）的整數(shù)倍。

4. 如果嵌套了結(jié)構(gòu)體的情況，嵌套的結(jié)構(gòu)體對(duì)齊到自己的最大對(duì)齊數(shù)的整數(shù)倍處，結(jié)構(gòu)體的整體大小就是
   所有最大對(duì)齊數(shù)（含嵌套結(jié)構(gòu)體的對(duì)齊數(shù)）的整數(shù)倍。

【面試題】

1. 結(jié)構(gòu)體怎么對(duì)齊？ 為什么要進(jìn)行內(nèi)存對(duì)齊

   1. 平臺(tái)原因(移植原因)： 不是所有的硬件平臺(tái)都能訪問(wèn)任意地址上的任意數(shù)據(jù)的；某些硬件平臺(tái)只能在某些地址處取某些特定類型的數(shù)據(jù)，否則拋出硬件異常。

   2. 性能原因： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(尤其是棧)應(yīng)該盡可能地在自然邊界上對(duì)齊。 原因在于，為了訪問(wèn)未對(duì)齊的內(nèi)存，處理需要作兩次內(nèi)存訪問(wèn)；而對(duì)齊的內(nèi)存訪問(wèn)僅需要一次訪問(wèn)

2. 如何讓結(jié)構(gòu)體按照指定的對(duì)齊參數(shù)進(jìn)行對(duì)齊

   使用#pragma pack

3. 如何知道結(jié)構(gòu)體中某個(gè)成員相對(duì)于結(jié)構(gòu)體起始位置的偏移量

   C語(yǔ)言中的宏offsetof可以計(jì)算，本質(zhì)上是：#define my_offsetof(s, m) (size_t)&(((s*)(0))->m)

   (s*)(0)意思是將0地址變成一個(gè)s類型的結(jié)構(gòu)體的起始地址，再對(duì)引用某個(gè)成員(s *)(0)->m，對(duì)該成員取地址

   &((s *)(0)->m)，得到的是該成員的地址，而因?yàn)槠鹗嫉刂窞?，所以該成員的地址就是相對(duì)起始位置的偏移量。

4. 什么是大小端？如何測(cè)試某臺(tái)機(jī)器是大端還是小端，有沒(méi)有遇到過(guò)要考慮大小端的場(chǎng)景

   大小端在計(jì)算機(jī)業(yè)界，Endian表示數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放順序。

   大端模式，是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)保存在內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的低字節(jié)保存在內(nèi)存的高地址中，這樣的存儲(chǔ)模式有點(diǎn)兒類似于把數(shù)據(jù)當(dāng)作字符串順序處理：地址由小向大增加，而數(shù)據(jù)從高位往低位放；

   小端模式，是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)保存在內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的低字節(jié)保存在內(nèi)存的低地址中，這種存儲(chǔ)模式將地址的高低和數(shù)據(jù)位權(quán)有效地結(jié)合起來(lái)，高地址部分權(quán)值高，低地址部分權(quán)值低，和我們的邏輯方法一致。

   比如一個(gè)整型10，將它的32位按十六進(jìn)制從高位到低位表示：00 00 00 0A

   在大端中的存儲(chǔ)方式是：

   小端中的存儲(chǔ)方式是：

   測(cè)試大小端(使用共用體Union)：

   union U {	char a;	int b;};int main(){	U u1;	u1.b = 1;	if (u1.a == 1)	{		printf("小端/n");	}	else		printf("大端/n");	return 0;}

   原理：U中的a和b是共用一塊空間的，a占一個(gè)字節(jié)，能使用的只有b的一個(gè)低地址處的字節(jié)

   如果當(dāng)前機(jī)器是小端，則b=1，按照地址從低到高，存儲(chǔ)方式就是：01 00 00 00

   a能夠訪問(wèn)的就是低地址處的01

   如果當(dāng)前機(jī)器是大端，則b=1，按照地址從低到高，存儲(chǔ)方式就是：0 00 00 01

   a能夠訪問(wèn)的就是低地址處的00

this指針

this指針的引出

我們先來(lái)定義一個(gè)日期類Date

class Date{public :void Print (){cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <<endl;}    void SetDate(int year , int month , int day){_year = year;_month = month;_day = day;}    private :int _year ; // 年int _month ; // 月int _day ; // 日};int main(){    Date d1, d2;    d1.SetDate(2018,5,1);    d2.SetDate(2018,7,1);        d1.Print();    d2.Print();    return 0;}

對(duì)于上述類，有這樣的一個(gè)問(wèn)題：

Date類中有SetDate與Print兩個(gè)成員函數(shù)，函數(shù)體中沒(méi)有關(guān)于不同對(duì)象的區(qū)分，那當(dāng)s1調(diào)用SetDate函數(shù)
時(shí)，該函數(shù)是如何知道應(yīng)該設(shè)置s1對(duì)象，而不是設(shè)置s2對(duì)象呢？

C++中通過(guò)引入this指針解決該問(wèn)題，即：C++編譯器給每個(gè)“非靜態(tài)的成員函數(shù)“增加了一個(gè)隱藏的指針參
數(shù)，讓該指針指向當(dāng)前對(duì)象(函數(shù)運(yùn)行時(shí)調(diào)用該函數(shù)的對(duì)象)，在函數(shù)體中所有成員變量的操作，都是通過(guò)該
指針去訪問(wèn)。只不過(guò)所有的操作對(duì)用戶是透明的，即用戶不需要來(lái)傳遞，編譯器自動(dòng)完成。

所以上述函數(shù)調(diào)用時(shí)，實(shí)際上是這樣的：

//規(guī)定this指針默認(rèn)放在第一個(gè)參數(shù)位置d1.SetDate(&d1,2018,5,1);d2.SetDate(&d2,2018,7,1);d1.Print(&d1);d2.Print(&d2);

但我們調(diào)用時(shí)不得私自加上這個(gè)指針參數(shù)

并且在定義類成員函數(shù)時(shí)，實(shí)際上也是這樣的

//在定義成員函數(shù)時(shí)也可以這么寫void Display()	{		cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" << this->_day << endl;	}void SetDate(int year, int month, int day)	{		this->_year = year;		this->_month = month;		this->_day = day;	}

我們只是看上去沒(méi)有傳參數(shù)， 實(shí)際上是傳了調(diào)用Print函數(shù)的類的地址。

this指針的特性

1. this指針的類型：類類型* const
2. 只能在“成員函數(shù)”的內(nèi)部使用
3. this指針本質(zhì)上其實(shí)是一個(gè)成員函數(shù)的形參，是對(duì)象調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，將對(duì)象地址作為實(shí)參傳遞給this形參。所以對(duì)象中不存儲(chǔ)this指針。
4. this指針是成員函數(shù)第一個(gè)隱含的指針形參，一般情況由編譯器通過(guò)ecx寄存器自動(dòng)傳遞，不需要用戶傳遞

【面試題】

1. this指針存在哪里？

2. this指針可以為空嗎？

我們先看下面的代碼，再回答這兩個(gè)問(wèn)題

// 1.下面程序能編譯通過(guò)嗎？// 2.下面程序會(huì)崩潰嗎？在哪里崩潰class A{public:void PrintA(){	cout<<_a<<endl;}void Show(){	cout<<"Show()"<<endl;}private:int _a;};int main(){    Date* p = NULL;    p->PrintA();    p->Show();}

答案：p->PrintA()崩潰，p->Show()通過(guò)，因?yàn)镻rintA中需要用到this指針，并對(duì)this指針指向的類的成員變量進(jìn)行訪問(wèn)，而p是一個(gè)空指針，沒(méi)有指向任何類，所以函數(shù)內(nèi)部對(duì)_a(實(shí)際上是this-> _a)的引用失敗

而對(duì)于p->Show()，Show函數(shù)在公共代碼段，所以p對(duì)其不用解引用，并且Show()函數(shù)中，并沒(méi)有對(duì)p進(jìn)行解引用，所以不會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤。

最開(kāi)始兩個(gè)問(wèn)題的答案：

1.this指針是存放在棧上的，因?yàn)樗且粋€(gè)形參。

注：vs下是在ecx這個(gè)寄存器下存放的，因?yàn)閠his指針要被多次使用，所以把它放在寄存器中，方便快速訪問(wèn)。

2.如上面代碼所示，this指針是可以為空的，只要在類成員函數(shù)內(nèi)不使用this指針。