【C++】类

合集 - C++(28)

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收起

1、定义

2、成员函数

类的成员函数是指那些把定义和原型写在类定义内部的函数，就像类定义中的其他变量一样。类成员函数是类的一个成员，它可以操作类的任意对象，可以访问对象中的所有成员。

成员函数可以定义在类定义内部，或者单独使用范围解析运算符 :: 来定义。在类定义中定义的成员函数把函数声明为内联的，即便没有使用 inline 标识符。

成员函数调用成员函数不用this指针，直接调用即可。

3、类修饰符

数据封装是面向对象编程的一个重要特点，它防止函数直接访问类类型的内部成员。类成员的访问限制是通过在类主体内部对各个区域标记 public、private、protected 来指定的。关键字 public、private、protected 称为访问修饰符。

一个类可以有多个 public、protected 或 private 标记区域。每个标记区域在下一个标记区域开始之前或者在遇到类主体结束右括号之前都是有效的。成员和类的默认访问修饰符是 private。

• 公有成员：
  公有成员在程序中类的外部是可访问的。

• 私有成员：
  私有成员变量或函数在类的外部是不可访问的，甚至是不可查看的。只有类和友元函数可以访问私有成员。

默认情况下，类的所有成员都是私有的。

• 保护成员：
  protected（受保护）成员变量或函数与私有成员十分相似，但有一点不同，protected（受保护）成员在派生类（即子类）中是可访问的。

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。

面试题：C++中的struct和class的区别是什么？
answer：C++需要兼容C语言，所以C++中的struct可以当成结构体去使用。此外，C++中的struct还可以用来定义类，和class定义类是一样的，区别是struct的成员默认访问权限是public，而class的成员默认访问权限是private。

3.1 继承中的特点

有public, protected, private三种继承方式，它们相应地改变了基类成员的访问属性。

1.public 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：public, protected, private

2.protected 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：protected, protected, private

3.private 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：private, private, private

但无论哪种继承方式，下面两点都没有改变：

1.private 成员只能被本类成员（类内）和友元访问，不能被派生类访问；

2.protected 成员可以被派生类访问。

4、构造函数 & 析构函数

类的构造函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次创建类的新对象时执行。

构造函数的名称与类的名称是完全相同的，并且不会返回任何类型，也不会返回 void。构造函数可用于为某些成员变量设置初始值。

默认的构造函数没有任何参数，但如果需要，构造函数也可以带有参数。

4.1 使用初始化列表来初始化字段

使用初始化列表来初始化字段：

Line::Line( double len): length(len)
{
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

上面的语法等同于如下语法：

Line::Line( double len)
{
    length = len;
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

假设有一个类 C，具有多个字段 X、Y、Z 等需要进行初始化，同理地，您可以使用上面的语法，只需要在不同的字段使用逗号进行分隔，如下所示：

C::C( double a, double b, double c): X(a), Y(b), Z(c)
{
  ....
}

4.2 析构函数

类的析构函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次删除所创建的对象时执行。

析构函数的名称与类的名称是完全相同的，只是在前面加了个波浪号（~）作为前缀，它不会返回任何值，也不能带有任何参数。析构函数有助于在跳出程序（比如关闭文件、释放内存等）前释放资源。

5、拷贝构造函数

拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。拷贝构造函数通常用于：

• 通过使用另一个同类型的对象来初始化新创建的对象。

• 复制对象把它作为参数传递给函数。

• 复制对象，并从函数返回这个对象。

如果在类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自行定义一个。如果类带有指针变量，并有动态内存分配，则它必须有一个拷贝构造函数。拷贝构造函数的最常见形式如下：

classname (const classname &obj) {
   // 构造函数的主体
}

在这里，obj 是一个对象引用，该对象是用于初始化另一个对象的。

6、友元函数

友元函数的声明是在类声明内部的，不用再次声明！

类的友元函数是定义在类外部，但有权访问类的所有私有（private）成员和保护（protected）成员。尽管友元函数的原型有在类的定义中出现过，但是友元函数并不是成员函数。

友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类，在这种情况下，整个类及其所有成员都是友元。

如果要声明函数为一个类的友元，需要在类定义中该函数原型前使用关键字 friend，如下所示：

class Box
{
   double width;
public:
   double length;
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};

• 友元函数可访问类的私有成员，但不是类的成员函数
• 友元函数不能用const修饰
• 友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制
• 一个函数可以是多个类的友元函数
• 友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同

友元除了友元函数以外，友元还可以是类——友元类，即一个类可以作另一个类的友元。当一个类作为另一个类的友元时，这就意味着这个类的所有成员函数都是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的非公有成员。

特性：

• 友元关系是单向的，不具有交换性。
  比如上述Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，那么可以在Date类中直接访问Time类的私有成员变量，但想在Time类中访问Date类中私有的成员变量则不行。

• 友元关系不能传递
  如果B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。

• 友元关系不能被继承，但对已有的方法来说访问权限不改变。

class Date; // 前置声明
class Time
{
    friend class Date; 
    // 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类中的私有成员变量
public:
    Time(int hour, int minute, int second): _hour(hour), _minute(minute), _second(second)
    {}
 
private:
    int _hour;
    int _minute;
    int _second;
};
 
class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1): _year(year),                                     
    _month(month),_day(day)
    {}
    void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
    {
        // 直接访问时间类私有的成员变量
        _t._hour = hour;
        _t._minute = minute;
        _t.second = second;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
    Time _t;
};

7、内联函数

内联函数是通常与类一起使用。如果一个函数是内联的，那么在编译时，编译器会把该函数的代码副本放置在每个调用该函数的地方。

对内联函数进行任何修改，都需要重新编译函数的所有客户端，因为编译器需要重新更换一次所有的代码，否则将会继续使用旧的函数。

如果想把一个函数定义为内联函数，则需要在函数名前面放置关键字 inline，在调用函数之前需要对函数进行定义。如果已定义的函数多于一行，编译器会忽略 inline 限定符。

在类定义中的定义的函数都是内联函数，即使没有使用 inline 说明符。

8、this指针

在 C++ 中，this 指针是一个特殊的指针，它指向当前对象的实例。

在 C++ 中，每一个对象都能通过 this 指针来访问自己的地址。

this是一个隐藏的指针，可以在类的成员函数中使用，它可以用来指向调用对象。

当一个对象的成员函数被调用时，编译器会隐式地传递该对象的地址作为 this 指针。

友元函数没有 this 指针，因为友元不是类的成员，只有成员函数才有 this 指针。

9、类对象存储机制

一个类的大小，实际就是该类中“成员变量”之和，当然也要进行内存对齐，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（占位）。

结构体内存对齐规则：

1. 第一个成员在与结构体变量偏移量为0的地址处。（即结构体的首地址处，即对齐到0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。
3. 结构体的总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）的整数倍。
4. 如果嵌套了结构体，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。

对齐数 = 该结构体成员变量自身的大小与编译器默认的一个对齐数的较小值。

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为什么存在内存对齐？
平台原因（移植原因）： 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些平台只能在某些地址处取得某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。
比如，当一个平台要取一个整型数据时只能在地址为4的倍数的位置取得，那么这时就需要内存对齐，否则无法访问到该整型数据。

性能原因： 数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需一次。

修改默认对齐数
要修改编译器的默认对齐数，我们需要借助于以下预处理命令：

#pragma pack()

如果在该预处理命令的括号内填上数字，那么默认对齐数将会被改为对应数字；如果只使用该预处理命令，不在括号内填写数字，那么会恢复为编译器默认的对齐数。