【C++初阶路】--- 类和对象(中)_业界新闻

发布时间:2024-07-13 21:19

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一、this指针
1.1 this指针的引出
1.2 this指针的特性
1.3. C语言和C++实现Stack的对比
二、类的6个默认成员函数
三、构造函数
3.1 概念
3.2 特性

一、this指针

1.1 this指针的引出

如下定义一个日期类Date

class Date { public: 	//void InitDate(Date* const this, int year = 2024, int month = 6, int day = 14) 	void InitDate(int year = 2024, int month = 6, int day = 14) 	{ 		_year = year; 		_month = month; 		_day = day; 	}  	//void PrintDate(Date* const this); 	void PrintDate() 	{ 		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 	}  private: 	int _year; 	int _month; 	int _day; };  int main() { 	Date d1; 	Date d2; 	//d1.InitDate(&d1); 	d1.InitDate(); 	d2.InitDate(2024, 6, 17); 	d1.PrintDate(); 	d2.PrintDate();  	return 0; }

对于上述类，有这样的一个问题：

Date类中有InitDate与 PrintDate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 InitDate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。

1. this指针存在哪里？

我们首先可以排除存在对象里面，因为通过前面计算类的大小，发现并没有多出一个指针的空间。还有一个疑问就是，有人说this指针是const修饰的，所以在常量区，事实上这种说法也是错误的，因为并不是所有const修饰变量都在常量区，可以通过观察变量的地址得出：

不难发现const int j与int i都是放在栈上的，而p(指向常量字符串)是在常量区。在*之前，const修饰的是指针指向的内容，变量p本身(&p)还是在栈上的。

其次this指针也不可能在静态区，因为他既不是全局变量，也没有static修饰；同理只有malloc(), new… 出来的变量才会在堆上。所以this指针只能在栈上，也因为他是一个形参（有些编译器比如vs可能会用寄存器存储（因为this可能会被频繁调用，所以以此来提高运行效率））。

2. this指针可以为空吗？

哪么便有这么一个问题：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

class A { public: 	void Print() 	{ 		cout << "Print()" << endl; 	} private: 	int _a; }; int main() { 	A* p = nullptr; 	p->Print(); 	//(*p).PrintA(); ---- question 2 	return 0; }

此程序是可以正常运行的。成员函数不在对象中，所以p->Print()并不会解引用(通俗点理解解引用：到对应的空间去找)！Print()的地址是在编译时确定的，如果p->_a++(若_a为public)便会去解引用，即会去p所对应的地址空间找到_a，然后++。

问题二处程序也是正常运行，同样的道理成员函数不存在对象中，所以虽然写成(*p).，但是任不需要解引用。从汇编角度，两者是完全相同的！

p->的作用是将p的地址作为形参传递给成员函数，即this指针。 而传递空指针是没问题的。

 // 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 class A { public: 	//void PrintA(A* const this)     void PrintA()     {     	//cout << this->_a << endl;         cout << _a << endl;     } private:     int _a; }; int main() {     A* p = nullptr;     p->PrintA();     return 0; }

此程序会运行崩溃。因为在PrintA()内部对空指针this解引用了（_a=> this->_a）。

1.2 this指针的特性

this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
只能在“成员函数”的内部使用
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。
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。

1.3. C语言和C++实现Stack的对比

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; 	} 	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]; } int StackSize(Stack* ps) { 	assert(ps); 	return ps->size; } int main() { 	Stack s; 	StackInit(&s); 	StackPush(&s, 1); 	StackPush(&s, 2); 	StackPush(&s, 3); 	StackPush(&s, 4); 	printf("%d\n", StackTop(&s)); 	printf("%d\n", StackSize(&s)); 	StackPop(&s); 	StackPop(&s); 	printf("%d\n", StackTop(&s)); 	printf("%d\n", StackSize(&s)); 	StackDestroy(&s); 	return 0; }

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。

C++实现

typedef int DataType; class Stack { public: 	void Init() 	{ 		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3); 		if (nullptr == _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 = nullptr; 			_capacity = 0; 			_size = 0; 		} 	} private: 	void CheckCapacity() 	{ 		if (_size == _capacity) 		{ 			int newcapacity = _capacity * 2; 			DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity * 				sizeof(DataType)); 			if (temp == nullptr) 			{ 				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哪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。

二、类的6个默认成员函数

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。

空类中真的什么都没有吗？并不是，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下6个默认成员函数。

默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。

class Date{};

三、构造函数

3.1 概念

对于文章开头处的Date类，可以通过 InitDate()公有方法给对象设置日期，但如果每次创建对象时都调用该方法设置信息，未免有点麻烦，那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？

构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用，以保证每个数据成员都有一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。

3.2 特性

构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象，而是初始化对象。

其特征如下：

函数名与类名相同。
无返回值。 (不是void，而是就不需要写)
对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
构造函数可以重载。

class Date { public: 	//1. 无参构造函数 	Date() 	{}  	//2. 带参构造函数 	Date(int year, int month, int day) 	{ 		_year = year; 		_month = month; 		_day = day; 	}  private: 	int _year; 	int _month; 	int _day; };  void TestDate() { 	Date d1; // 调用无参构造函数 	Date d2(2024, 6, 19); // 调用带参的构造函数 	// 注意：如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不用跟括号，否则就成了函数声明 	// 以下代码的函数：声明了d3函数，该函数无参，返回一个日期类型的对象 	// warning C4930: “Date d3(void)”: 未调用原型函数(是否是有意用变量定义的?) 	Date d3(); }

如果类中没有显式定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，一旦用户显式定义编译器将不再生成。

class Date { public: 	/* 	// 如果用户显式定义了构造函数，编译器将不再生成    Date(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; 	return 0; }

将Date类中构造函数屏蔽后，代码可以通过编译，因为编译器生成了一个无参的默认构造函数； 将Date类中构造函数放开，代码编译失败，因为一旦显式定义任何构造函数，编译器将不再生成； 无参构造函数，放开后报错：error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可用。

关于编译器生成的默认成员函数，很多人会有疑惑：不实现构造函数的情况下，编译器会生成默认的构造函数。但是看起来默认构造函数又没什么用？d对象调用了编译器生成的默认构造函数，但是d对象_year/_month/_day，依旧是随机值。也就说在这里编译器生成的默认构造函数并没有什么用？？

解答：C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语言提供的数据类型，如：int/char...，自定义类型就是我们使用class/struct/union等自己定义的类型，看看下面的程序，就会发现编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员_t调用的它的默认成员函数。

class Time { public: 	Time(int hour = 24, int minute = 0, int second = 0) 	{ 		cout << "构造函数：Time()" << endl; 		_hour = hour; 		_minute = minute; 		_second = second; 	} private: 	int _hour; 	int _minute; 	int _second; };  class Date { public: 	void Print() 	{ 		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 	} private: 	//基本类型（内置类型） -> 随机值 	int _year; 	int _month; 	int _day;  	//C++11以后版本，可以在成员变量声明时给默认值！！ 	//int _year = 2024; 	//int _month = 6; 	//int _day = 19;  	//自定义类型  -> 调用自己的默认成员函数 	Time _t; };  int main() { 	Date d1; 	d1.Print(); 	return 0; }

事实上自定义类型的尽头还是内置类型。自定义类型既是内置类型和自定义类型(可无)组合，最后还是需要我们来初始化的！

注意：C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值。

无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。注意：无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为是默认构造函数。 （不传参就可以调用的构造函数）

class Date { public: 	Date() 	{ 		_year = 1900; 		_month = 1; 		_day = 1; 	} 	Date(int year = 2024, int month = 5, int day = 9) 	{ 		_year = year; 		_month = month; 		_day = day; 	} private: 	int _year; 	int _month; 	int _day; }; // 以下测试函数能通过编译吗？ int main() { 	Date d1; 	return 0; }