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C++深入刨析類與對(duì)象的使用

更新時(shí)間：2022年05月26日 08:53:48 作者：?jiǎn)虇碳业凝堼?

類和對(duì)象是兩種以計(jì)算機(jī)為載體的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的合稱。對(duì)象是對(duì)客觀事物的抽象，類是對(duì)對(duì)象的抽象。類是一種抽象的數(shù)據(jù)類型；變量就是可以變化的量，存儲(chǔ)在內(nèi)存中—個(gè)可以擁有在某個(gè)范圍內(nèi)的可變存儲(chǔ)區(qū)域

this指針

現(xiàn)在給出一段代碼，實(shí)現(xiàn)一個(gè)普通的日期 date 的打?。?/p>

class date
{
public:
	void print()
	{
		cout << year<<' ' << month <<' '<< day << endl;
	}
	void init(int y, int m, int d)
	{
		year = y;
		month = m;
		day = d;
	}
private:
	int year;
	int month;
	int day;
};
int main()
{
	date d1;
	date d2;
	date d3;
	d1.init(2022, 5, 15);
	d2.init(2022, 5, 14);
	d3.init(2022, 5, 13);
	d1.print();
	d2.print();
	d3.print();
	return 0;
}

結(jié)果如你所想：

那么問(wèn)題來(lái)了，d1，d2，d3在調(diào)用類里面的 print 函數(shù)時(shí)，并沒(méi)有指明對(duì)象或者給出形參，最后結(jié)果卻能打印出不同的三個(gè)結(jié)果，這是為什么呢？、

這就是C++語(yǔ)法中的隱藏的 this 指針這里的 this 指針其實(shí)就是隱含的形參，這個(gè)形參會(huì)對(duì)函數(shù)進(jìn)行處理，比如剛剛的 print 函數(shù)以及他的調(diào)用，他們的真面目其實(shí)是這樣：

void print(date* this)

{ cout<< this->year << ’ ’ << this->month << ’ ’ << this->day << endl; }

d1->init(&d1,2022,5,15);

也就是說(shuō)所有成員變量前面都會(huì)有一個(gè) this 指針修飾（實(shí)際上 this 指針是個(gè) const 類型，指針不能修改但指向內(nèi)容可以修改），使得形參和實(shí)參之間架起一座無(wú)形的橋梁，進(jìn)行連結(jié)。值得注意的是，這個(gè)過(guò)程是編譯器在搗鼓實(shí)現(xiàn)的，不需要我們自己去搞，要是寫的時(shí)候強(qiáng)行帶上 this 指針?lè)炊€會(huì)報(bào)錯(cuò)。

那數(shù)據(jù)是如何對(duì)應(yīng)上的呢？換個(gè)問(wèn)題就是 print 每次是怎么樣對(duì)應(yīng)上 d1，d2，d3的，其實(shí)訪問(wèn)成員變量年月日，并不是在訪問(wèn) private 里的年月日，private 里只是聲明并不存在空間的開辟，訪問(wèn)但是同一個(gè)類里面的 init 函數(shù)從而訪問(wèn)到成員變量。

this指針存放在哪

this 指針存在寄存器里面！

其實(shí)編譯器在生成程序時(shí)加入了獲取對(duì)象首地址的相關(guān)代碼。并把獲取的首地址存放在了寄存器ECX中(VC++編譯器是放在ECX中，其它編譯器有可能不同)。也就是成員函數(shù)的其它參數(shù)正常都是存放在棧中，而this指針參數(shù)則是存放在寄存器中。

類的靜態(tài)成員函數(shù)因?yàn)闆](méi)有this指針這個(gè)參數(shù)，所以類的靜態(tài)成員函數(shù)也就無(wú)法調(diào)用類的非靜態(tài)成員變量。

nullptr與類

如果我定義了一個(gè)空值指針，讓空值指針?lè)謩e去訪問(wèn)我類里面的函數(shù)與成員變量會(huì)怎么樣：

class Data
{
public:
	void print()
	{
		cout << "hello" << endl;
	}
	void printa()
	{
		cout << a << endl;
	}
private:
	int a;
};
int main()
{
	Data* n = nullptr;
	n->print();//訪問(wèn)函數(shù)
	n->printa();//訪問(wèn)成員變量
	return 0;
}

結(jié)果如圖：

沒(méi)錯(cuò)，程序崩潰辣！但是很明顯，hello 打印出來(lái)了就說(shuō)明函數(shù)的訪問(wèn)是沒(méi)有問(wèn)題的，但是是沒(méi)有辦法訪問(wèn)成員變量的。

我們說(shuō)類里面用空指針訪問(wèn)函數(shù)，成員變量結(jié)果會(huì)不同，原因就是函數(shù)在公共代碼區(qū)，不需要解引用，直接找到函數(shù)地址變成 call 地址即可，而成員變量的訪問(wèn)需要解引用自然空指針就會(huì)寄。

空指針 nullptr 其實(shí)并不是真的“空”，實(shí)際上是真實(shí)存在的，他指向虛擬進(jìn)程空間里面地址為 0 的地方，這個(gè) 0 地址處是用來(lái)程序初始化的，是預(yù)留出來(lái)的，并不是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。因此空指針一旦指向數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)就是不被認(rèn)可的，沒(méi)有意義的。

類的默認(rèn)成員函數(shù)

類里面什么都沒(méi)有，就稱它為空類，實(shí)際上空類中真的什么都沒(méi)有嗎？答案是 NO！任何一個(gè)類在默認(rèn)情況下都會(huì)生成 6 個(gè)成員函數(shù)。

構(gòu)造函數(shù)

構(gòu)造函數(shù)是特殊的成員函數(shù)，需要注意的是，構(gòu)造函數(shù)雖然名叫構(gòu)造，但他的主要任務(wù)并不是開辟空間或者創(chuàng)建對(duì)象，而是將對(duì)象初始化。我們不寫，編譯器也會(huì)生成一個(gè)默認(rèn)無(wú)參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，但這個(gè)默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)不一定有用，而 C++11打的補(bǔ)丁，針對(duì)編輯器自己生成的默認(rèn)成員函數(shù)不初始化的問(wèn)題，給了缺省值來(lái)供默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)使用。

需要注意的是：

類名與函數(shù)名保持一致
可以不用傳參，沒(méi)有返回值
對(duì)象實(shí)例化時(shí)編輯器自動(dòng)調(diào)用對(duì)應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)
構(gòu)造函數(shù)支持函數(shù)重載
如果類中沒(méi)有顯式定義構(gòu)造函數(shù)，C++編譯器會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)無(wú)參的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，如果我們自己顯式定義了就不會(huì)給出了
無(wú)參的構(gòu)造函數(shù)和全缺省的構(gòu)造函數(shù)都被稱為默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，并且默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)只能有一個(gè)

意義

C++將變量分為兩種：內(nèi)置類型（int,char,指針類型等等）和自定義類型（struct/class 去定義的類型對(duì)象）

而這正好就是 C++ 語(yǔ)法設(shè)計(jì)的一個(gè)敗筆，他會(huì)導(dǎo)致

如果有內(nèi)置類型的成員就得自己寫構(gòu)造函數(shù),比如：

class Stack
{
public:
     void push(int x){
     }
     void pop(){
     }
private:
     Stack stackpush;
     Stack stackpop;
}

該類里面只有自定義類型成員變量，就不需要去寫構(gòu)造函數(shù)，默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)就可以完成了?？偨Y(jié)一下就是如果類里面只有自義定類型，就可以用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，如果存在內(nèi)置類型或者需要顯示傳參初始化就需要自己寫構(gòu)造函數(shù)。

析構(gòu)函數(shù)

如果構(gòu)造函數(shù)高速了我們對(duì)象是怎么來(lái)的，那么析構(gòu)函數(shù)就是在告訴我們對(duì)象是怎么走的。析構(gòu)函數(shù)與構(gòu)造函數(shù)功能相反，他并不是完成了對(duì)象的銷毀，因?yàn)榫植繉?duì)象銷毀是由編譯器來(lái)完成，而析構(gòu)函數(shù)是完成對(duì)象的一些資源清理工作，他是在對(duì)象銷毀時(shí)自動(dòng)調(diào)用。

再三強(qiáng)調(diào)不是銷毀對(duì)象本身！不是銷毀對(duì)象本身！所謂的資源清理針對(duì)的對(duì)象是 malloc，new 或者 fopen 這類的操作進(jìn)行清理收尾，其實(shí)本質(zhì)上就相當(dāng)于我們之前的 destroy 函數(shù)。

其特征如下：

析構(gòu)函數(shù)名是在類名前面加上字符 -
無(wú)參數(shù)也無(wú)返回值
一個(gè)類有且僅有一個(gè)析構(gòu)函數(shù)，如果沒(méi)有顯式定義，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成析構(gòu)函數(shù)
對(duì)象聲明周期結(jié)束時(shí)，C++編譯系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)

但是注意一個(gè)順序問(wèn)題：

int main()
{
Stack st1;
Stack st2;
return 0;
}

st1 相比 st2 先構(gòu)造這沒(méi)什么問(wèn)題，但 st2 卻比 st1 先析構(gòu)，析構(gòu)和構(gòu)造的順序是相反的。但他和構(gòu)造函數(shù)一樣，對(duì)內(nèi)置類型不處理但是對(duì)于自定義類型會(huì)去調(diào)用。

拷貝構(gòu)造

有沒(méi)有可能你會(huì)想搞一個(gè)和自己一樣的對(duì)象出來(lái)呢？如果想那就該我拷貝構(gòu)造登場(chǎng)辣！

int main()
{
     Date d1(2022,5,16);
     Date d2(d1);
     return 0;
}

這里的 d2 就是拿 d1 來(lái)初始化，所以拷貝構(gòu)造只有單個(gè)形參，該形參是對(duì)類類型對(duì)象的引用，一般由 const 修飾，再用已存在的類類型對(duì)象創(chuàng)建新對(duì)象時(shí)由編譯器自動(dòng)調(diào)用。他實(shí)際上是構(gòu)造函數(shù)的一種函數(shù)重載，他的參數(shù)只要一個(gè)，而且必須使用引用傳參，因?yàn)槭褂脗髦禃?huì)引發(fā)無(wú)窮遞歸調(diào)用。

在什么情況下系統(tǒng)會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)：

（1）用類的一個(gè)對(duì)象去初始化另一個(gè)對(duì)象時(shí)

（2）當(dāng)函數(shù)的形參是類的對(duì)象時(shí)（也就是值傳遞時(shí)），如果是引用傳遞則不會(huì)調(diào)用

（3）當(dāng)函數(shù)的返回值是類的對(duì)象或引用時(shí)

C++規(guī)定了自義定類型對(duì)象，拷貝初始化要調(diào)用拷貝構(gòu)造完成。這就引出來(lái)一個(gè)問(wèn)題，比如我們拷貝棧，定義了兩個(gè)對(duì)象 st1 和 st2，假如我寫成下面的樣子就會(huì)出亂子：

Stack st1(1);
Stack st2(st1);

因?yàn)槭强截悩?gòu)造， st2 指向地址和 st1 是一樣的，這并不是我們想要的結(jié)果，我們傳統(tǒng)拷貝是指向同一塊空間，而且這里拷貝構(gòu)造會(huì)崩，原因很簡(jiǎn)單，這里原理上進(jìn)行的是淺拷貝，默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)會(huì)對(duì)類里面內(nèi)置類型進(jìn)行淺拷貝，值拷貝，對(duì)于自義定類型，編譯器不知道自義定類型的行為，如何拷貝，什么規(guī)則，像 stack 這種類型就需要深拷貝實(shí)現(xiàn)，我們后面再去學(xué)習(xí)。

淺拷貝是按位拷貝對(duì)象，它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，這個(gè)對(duì)象有著原始對(duì)象屬性值的一份精確拷貝。如果屬性是基本類型，拷貝的就是基本類型的值；如果屬性是內(nèi)存地址（引用類型），拷貝的就是內(nèi)存地址，因此如果其中一個(gè)對(duì)象改變了這個(gè)地址，就會(huì)影響到另一個(gè)對(duì)象。

st1 構(gòu)建完成變成 st2 參數(shù)去初始化 st2，st2 一旦拷貝完成就要進(jìn)行析構(gòu)，而析構(gòu)會(huì)先執(zhí)行 st2 ，st2 一旦被清理這塊空間就會(huì)被銷毀，而此時(shí) st1 還在使用這塊空間，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存錯(cuò)誤。

運(yùn)算符重載

說(shuō)到運(yùn)算符重載，這里面有幾分門道嗷。他是個(gè)啥呢？

您可以重定義或重載大部分 C++ 內(nèi)置的運(yùn)算符，這樣就能使用自定義類型的運(yùn)算符。重載的運(yùn)算符是帶有特殊名稱的函數(shù)，函數(shù)名是由關(guān)鍵字 operator 和其后要重載的運(yùn)算符符號(hào)構(gòu)成的。與其他函數(shù)一樣，重載運(yùn)算符有一個(gè)返回類型和一個(gè)參數(shù)列表。

說(shuō)的比較玄學(xué)，其實(shí)你設(shè)想一下這個(gè)場(chǎng)景，假如我們給出的日期類有兩個(gè)成員 d1，d2，我們?nèi)绻ケ容^他們能用運(yùn)算符 ==，<,> 來(lái)比較嗎，或者我給日期 +、- 一個(gè)數(shù)可以嗎，很明顯不行，因?yàn)閮?nèi)置類型可以直接使用運(yùn)算符，但是自義定類型不可以，因此就引入了我們的運(yùn)算符重載。

運(yùn)算符重載——函數(shù)，函數(shù)名：operator +運(yùn)算符，參數(shù)是運(yùn)算符的操作數(shù)，如下：

operator==(Date d1,Date d2)
{
      return d1.year == d2.year
      && d1.month == d2.month
      && d1.day == d2.day
}

細(xì)心的你可能會(huì)問(wèn)，內(nèi)置類型我定義在私有域里面該怎么訪問(wèn)呢？這就有三種方法：

從根源解決，改成公有類型public（尬活了屬于是）
再寫一個(gè)公有域的函數(shù)來(lái)調(diào)用私有域的內(nèi)置類型成員；
C++ 友元（后續(xù)會(huì)學(xué)習(xí)到）

先別覺(jué)得ez，因?yàn)檫@里他會(huì)報(bào)錯(cuò)

==是要求的兩個(gè)參數(shù)，我這里也是兩個(gè)參數(shù)沒(méi)錯(cuò)啊，為什么會(huì)參數(shù)太多??？別忘了，操作符還有默認(rèn)的形參 this，他被限定為第一個(gè)形參，因此我們只需要寫一個(gè)參數(shù)即可：

operator==(Date d)
{
      return year == d.year
      && month == d.month
      && day == d.day
}

編譯器遇到 if(d1 == d2) 這樣的語(yǔ)句，就會(huì)去處理成對(duì)應(yīng)的重載運(yùn)算符調(diào)用 if(d1.operator(d2)),這里編譯器時(shí)很聰明的，你寫的全局他會(huì)去調(diào)用全局，你寫的成員他會(huì)去調(diào)用成員。而且遇到運(yùn)算符重載他會(huì)在優(yōu)先去類里面找，沒(méi)有才回去類外面找，也就是說(shuō)類的里外同時(shí)存在運(yùn)算符重載函數(shù)是可以編譯過(guò)去的。

注意一下