C++ 类与对象：面向对象编程入门

【访问限定符说明】

• public：类外可直接访问。
• protected 和 private：类外不能直接访问。
• 作用域从出现位置开始，直到下一个限定符或类结束。
• class 默认权限为 private，struct 默认为 public（兼容 C）。

3.2 封装

封装是面向对象三大特性之一（封装、继承、多态）。简单来说，就是把数据和方法捆绑在一起，并通过访问控制限制外部访问。

就像电脑主机，内部电路芯片被封装起来，只留 USB、充电口等外部接口。

1. 封装的基本概念

• 数据与方法捆绑：成员变量和成员函数都在类中。
• 访问控制：通过 private、public、protected 控制外部访问权限。

2. 封装的核心点

• 数据隐藏：将成员变量设为 private，外部无法直接修改。只能通过公共方法（如 setPrice）间接访问。
• 数据校验：在公共方法中添加逻辑，确保数据合法（例如检查价格是否为负数）。
• 接口暴露：只暴露必要的公共方法，隐藏内部实现细节。

四、类对象模型

4.1 类对象大小的基本规则

类对象的大小主要由以下因素决定：

1. 成员变量的大小：类型决定占用空间（如 int 占 4 字节，double 占 8 字节）。
2. 内存对齐：为提高效率，编译器会对数据进行对齐，具体规则因平台而异。
3. 虚函数：若存在虚函数，会添加虚表指针（vptr），通常占 4 或 8 字节。
4. 空类大小：无成员变量的类通常为 1 字节（确保每个对象有唯一地址）。

4.2 结构体内存对齐规则

复习一下结构体内存对齐的四个关键规则：

规则 1：成员变量的对齐值

每个成员变量的对齐值是其自身大小和编译器默认对齐值中的较小值。例如 int 对齐值为 4，double 为 8。

规则 2：结构体的起始地址

结构体的起始地址必须是其最大成员变量对齐值的整数倍。

规则 3：成员变量的偏移量

每个成员变量的偏移量（即其在结构体中的位置）必须是其对齐值的整数倍。若不满足，编译器会插入填充字节。

规则 4：结构体的总大小

结构体的总大小必须是其最大成员变量对齐值的整数倍。末尾不满足要求时也会插入填充字节。

五、this 指针

在 C++ 中，this 指针是一个隐含指针，指向当前对象的地址。每个非静态成员函数都可以通过它访问调用该函数的对象。

5.1 this 指针的引出

看这段代码有什么问题：

class Date {
public:
    void Init(int year, int month, int day) { _year = year; _month = month; _day = day; }
    void Print() { cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; }
private:
    int _year; //年
    int _month; //月
    int _day; //日
};

int main() {
    Date d1, d2;
    d1.Init(2022, 1, 11);
    d2.Init(2022, 1, 12);
    d1.Print();
    d2.Print();
    return 0;
}

Date 类中有 Init 和 Print 两个成员函数，函数体里并没有区分不同对象的逻辑。当 d1 调用 Init 时，函数如何知道要设置 d1 而不是 d2？

C++ 引入了 this 指针解决该问题。编译器会给每个'非静态成员函数'增加一个隐藏的指针参数，指向当前对象（调用该函数的对象）。函数体内所有成员变量的操作，都是通过该指针去访问。这对用户是透明的，不需要手动传递。

5.2 this 指针的特性

• 隐含指针：每个非静态成员函数都有一个隐含的 this 指针，指向调用该函数的对象。
• 类型：this 指针的类型是 ClassName*。在 const 成员函数中，类型为 const ClassName*。
• 不可修改：this 指针本身是常量指针，不能被修改（不能指向其他对象）。
• 用于访问成员：区分成员变量和局部变量，或返回当前对象。
• 静态成员函数无 this 指针：因为它们不依赖于对象。
• 链式调用：通过返回 *this，支持链式调用（如 obj.func1().func2()）。

通过本文的学习，我们已经初步了解了 C++ 中的类与对象，包括类的定义、对象的创建、封装的概念以及 this 指针的作用。类是面向对象编程的基石，而对象则是类的具体实例。掌握这些基础知识，是进一步学习 C++ 面向对象编程的关键。

当然，类的功能远不止于此。在 C++ 中，类还有 6 个默认成员函数（构造函数、析构函数、拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、移动构造函数、移动赋值运算符），它们由编译器自动生成，但在某些情况下需要我们手动实现。理解它们的行为和用法，将帮助我们编写更高效、更安全的代码。后续我们将深入探讨这些默认成员函数。