C++算法
C++ 类与对象（上）：封装、实例化与 this 指针详解
C++ 类与对象基础涵盖类的定义格式、访问限定符区别、类域作用域规则、对象实例化过程及大小计算原理。重点解析 this 指针在成员函数中的作用机制，通过空指针调用测试说明其底层实现。最后对比 C 与 C++ 实现栈的差异，体现封装优势。
C++ 类与对象基础涵盖类的定义格式、访问限定符区别、类域作用域规则、对象实例化过程及大小计算原理。重点解析 this 指针在成员函数中的作用机制，通过空指针调用测试说明其底层实现。最后对比 C 与 C++ 实现栈的差异，体现封装优势。
类是 C++ 面向对象编程的核心，实现了数据与方法的封装，其定义、访问限定与类域规则构成了基础框架。 实例化让抽象的类转化为实际内存中的对象，对象大小计算与成员函数存储特性，体现了 C++ 的内存设计逻辑。this 指针解决了成员函数区分对象的关键问题，而 C 与 C++ 实现 Stack 的对比，直观展现了封装带来的优势。
class Stack {
// ...
};
class 为定义类的关键字，Stack 为类的名字，{}中为类的主体，最后面加上分号";"。类主体中的内容成为类的成员：类中的变量称为类的属性或者成员变量；类中的函数称为类的方法或者成员函数。_或者m—>_capacity等。但不是 C++ 强制的，只是为了方便操作，不同公司有着自己的书写规范。struct 也可以定义类，因为 C++ 兼容 C 语言的 struct 用法，而且 C++ 将其升级成了类。一个明显的变化是 C++ 在 struct 可以定义函数，注意还是推荐 class 定义类。inline。（当然，最终还是取决于编译器）class Stack {
// 成员函数
void Init() {
// ...
}
void Push() {
// ...
}
// 成员变量
int a;
int top;
int capacity;
};
// 与结构体类似，对一种事物的描述--属性
int main() {
Stack s1;
Stack s2;
return 0;
}
在 C++，类与结构体高度相似。其中明显的一个差异是：结构体名称不代表类型，只有当加上 struct 关键字后才是（或者 typedef 简化操作）；而类可以直接使用名称，不需要加 class 关键字。
（后面会介绍类和结构体其它的不同之处。）
解释第 2 条：
对于命名规范，一般有一下几种：驼峰法
StackInit自定义类型、函数–>开头单词的首字母大写开头 + 后续每个单词的首字母都大写；initCapacity变量–>开头单词的首字母小写 + 后面的每个单词的首字母都大写。
stack_init函数、init_capacity变量 --> 单词之间都用_隔开。
public 修饰的成员在类外面可以直接访问；protected、private 修饰的成员只能在类内访问，对于二者具体的区别，等到继承部分就会体现，现在默认作用相同，但一般使用 private。}即类结束。class 定义成员在没有被访问限定符修饰时默认为 private，但 struct 定义成员默认为 public。private / protected 访问权限，而需要提供给外部使用的成员函数会设置为 public 访问权限。class 中// C++ 将数据和方法封装在一起，放在类中；
// 封装的本质体现了更严格的规范管理；
class Stack {
public:
// 公有
// 成员函数
void Init(int capacity = 4) {
_a = nullptr; // 这里要 malloc
_top = 0;
_capacity = 0;
}
void Push(int x) {
// ...
}
private:
// 私有：不希望别人修改我定义的的成员变量
// 成员变量
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main() {
Stack s1;
Stack s2;
s1.Init();
s2.Push(1);
// s1.top++; // 无法访问
return 0;
}
struct 中// 对于结构体，C++ 兼容其用法
typedef struct A {
void func() {}
int a1;
int a2;
} A;
// 当然 C++ 也将其升级为类
struct B {
public:
// 公有
// 成员函数
void Init() {
_a = nullptr;
_top = 0;
_capacity = 0;
}
private:
// 私有
// 成员变量
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main() {
// C 语言写法
struct A a1; // 加关键字才是类型
A a2; // 或者重命名
// 类写法
B b1; // 名称就是类型
return 0;
}
在这里体现了类和结构体第 2 个不同的地：
小贴士： C++ 中类访问权限默认为私有。 C++ 中结构体访问权限默认为公有
对于这两者，一般还是用类。当然，如果一开始就希望类的权限是公开，比如定义链表节点继续用 struct。
:: 域操作符说明改成员属于哪个类域；–Stack.h文件
#pragma once
#include <iostream>
class Stack {
public:
// 成员函数声明
void Init(int capacity = 4);
void Push(int x);
private:
// 成员变量
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
–Stack.cpp文件
#include "stack.h"
// 类域成员函数定义
// 指明类域
void Stack::Init(int capacity) {
_a = nullptr;
_top = 0;
_capacity = capacity;
}
void Stack::Push(int x) {
// ...
}
**–进行函数的声明定义分离：**定义类的成员函数需要指明类域。 （搜索变量顺序：现在局部局，后全局域以及类域）
–test.cpp文件
#include "stack.h"
int main() {
Stack s1;
s1.Init();
return 0;
}
// 类的实例化
class Stack {
public:
void Init(int capacity = 4) {
_a = nullptr;
_top = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(int x) {
// ...
}
private:
// 成员变量在这里只是声明，不开辟空间
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main() {
// Stack 类实例化出对象 s1、s2
Stack s1;
s1.Init();
Stack s2;
s2.Push(2);
// 这时，成员变量才会占空间
return 0;
}
类实例化出的对象，都有独立的数据空间，所以肯定包含成员变量，但是对于成员函数却不包含。
首先函数被编译后是段指令，被存储在代码段（单独区域）中，这样对象也只能包含函数的指针，但是没有这个必要。
实例化出的对象调用的都是同一个函数，如果对象包含成员函数，空间就浪费了。在实际中，函数指针是一个地址，调用函数被编译成指令 [call 地址]，编译器在编译链接只需要找到函数地址，不用再运行时找。（动态多态是在运行时找，这就需要存储函数地址，以后会学到）
知道了类包含着谁，就要开始计算对象的大小，这里，C++ 规定类实例化的对象符合内存对齐规则。
class A {
public:
// 成员函数
void Init(int n = 4) {}
private:
// 成员变量，声明
char a;
int y;
};
int main() {
// 定义，类实例化对象
A s1;
s1.Init();
A s2;
s2.Init(100);
cout << sizeof(s1) << endl;
cout << sizeof(A) << endl;
return 0;
}
可以看到，根据对齐规则，内存大小为 8，没有包含成员函数。
【那么对于下面两个类的大小就很有意思了！】
class B {
void Init() {
// ...
}
};
class C {
// ...
};
int main() {
cout << sizeof(B) << '\n';
cout << sizeof(C) << endl;
return 0;
}
疑问？既然类不包含成员函数，为什么大小还是 1 呢？
这里就纯粹是为了占位标识对象存在，要不然谁知道对象存在过呢？！
Stack 类中由成员函数 Init、Push，当类实例化两个对象时，二者调用同一个函数，是怎么区分的？这就是 C++ 隐含的 this 指针。this 指针。比如：void Init(Stack* const this,...)。this 指针访问，比如：this->_capacity = capacity;。#include <iostream>
using namespace std;
class Date {
public:
// void Init(Date* const this, int year, int month, int day)--但不能显式的写出来
// const 保护 this 不能修改
void Init(int year, int month, int day) {
// 这里的 this 是可以写的，或者混着
this->_year = year;
this->_month = month;
_day = day;
}
void Print() {
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << '\n';
}
private:
// 成员变量声明，没有开空间
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main() {
Date d1;
Date d2;
// this 指针，在函数实参和形参的位置不可以显式出现
// 但在函数体内可以出现
// d1.Init(&d1, 2025, 7, 31); 不能这样写出来
d1.Init(2025, 7, 31);
// d2.Init(&d2, 2025, 9, 1); 不能写出来
d2.Init(2025, 7, 9);
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}
（对于使用 this 指针的场景后面会见到）
A、编译报错；B、运行崩溃；C、正常运行
#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
void Print() // 实际上为 void Print(A* this)
{
cout << this << endl; // 输出 this 指针的值
cout << "A::Print()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main() {
A* p = nullptr;
// p 是空指针
p->Print(); // 等价于 A::Print(p)，把 p 作为 this 参数传入
// 修改后 (*p).Print();
// 同样等价于：A::Print(p)
return 0;
}
在这里**可能很多人会选 B！**首先看到是对空指针指针 p 进行解引用（不会报错），但是编译器执行的就是注释中所示，而且对象不包含成员函数。
A、编译报错；B、运行崩溃；C、正常运行
#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
void Print() {
cout << this << endl;
cout << "A::Print()" << endl;
cout << _a << endl; // _a 是成员变量，存在对象里的，this->_a 所以会出现问题。
}
private:
int _a;
};
int main() {
A* p = nullptr;
p->Print();
return 0;
}
这里，对成员变量进行了访问，在前面已经说了编译器通过
this指针访问成员函数的成员变量，所以发生空指针解引用！
A. 栈 B.堆 C.静态区 D.常量区 E.对象里面
this是存在栈里面的，像形参一样，类似局部变量。但是this可能会被高频地访问，就会放在寄存器中。
面向对象的三大特性：封装、继承、多态，通过对比 C++ 与 C 语言的代码风格进一步了解封装的概念。
Init 给的缺省参数会很方便，并且因为隐式的 this 指针，不再需要传递对象的地址，使用类型不用再 typedef。Stack 相较于 C 语言变化很多，但实际不大，等学到适配器实现 Stack 就会有新的体验。类、实例化与 this 指针，共同构成 C++ 面向对象编程的核心基础。这些机制实现了数据与方法的封装，让代码更具规范性与可读性。通过与 C 语言的对比，C++ 面向对象的设计优势得以直观体现。掌握这些知识，也为后续学习继承、多态等高级特性，打下了坚实基础。
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