【C++复习】类和对象全知识点总结

写在前面

类和对象是在C++起始就讲的非常关键的一节，因为它介绍清楚了C与C++的不同点，即C面向过程，而C++面向对象。我们既然使用C++，就必须知道C++面向对象优越在什么地方，就必须知道类和对象相较于直接创建函数面向过程到底优秀在哪里。本文会从类的创建，类的6大默认成员函数等角度阐述清C++的类和对象。

类和对象

面向对象

C++ 不同于 C语言，是基于面向对象的编程语言，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成。

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

什么是封装？

将数据和操作数据的方法进行有机结合（可以理解为将成员变量（数据）和操作数据的方法（成员方法）结合起来），隐藏对象的属性和实现细节（只暴露想要他人操作的接口函数，其余属性都设置为私有属性），仅对外公开接口来和对象进行交互。

封装本质是管理，让用户更方便地使用类。

C++实现封装，可以通过访问权限来隐藏对象内部实现的细节，控制哪些方法可以在类外直接被访问。

类

C语言中的结构体只能定义变量，在C++中，结构体内可定义变量，也可以定义函数。而且，C语言中的结构体用struct，C++中更喜欢用class。

区别在于struct内的成员变量和成员方法是公有的，而class如果不明确注明，是私有的。

类的定义

class className
{//类体： 有成员函数和成员变量组成
};

class为定义类的关键字，className为类名，{}中是类的主体。类体中的内容叫类的成员，成员包括有变量和函数，其中变量称为累的属性或成员变量，其中的函数称为类的方法或者成员函数。

1. 声明和定义全部放在类体中，如果成员函数在类内定义，编译器可能会将其当成内联函数处理。
2. 类声明放在 .h文件中，成员函数定义放在.cc中，注意，定义函数时，需要在成员前面加类名才能访问到。
3. 声明和定义都放在.hpp中。

一般情况下，更多采用第二种方法，方便代码维护。

类的访问限定符

C++实现封装的方式是，用类将对象的属性（成员变量）和方法（成员函数）结合起来，让对象更加完善，通过访问权限选择性地将其接口提供给外部的用户使用。

访问限定符说明：

1. public修饰的成员可以在类外被访问。
2. protected和private 修饰的成员在类外不能被直接访问。
3. 访问权限作用域从此限定符始，至下一个限定符止。如果后面没有限定符，就到}类终止结束。
4. class默认访问权限为private， struct默认访问权限为public
5. 访问限定符之灾编译时游泳，当数据映射到内存后，不同访问限定符作用域的内容没有区别。

类的作用域

类定义了新的作用域，类的所有成员都在类的作用域中。如果想要在类外定义成员，则需要添加 :: （作用域操作符）来指明成员属于哪个类域。

类的实例化

类是一个类型，如果我们用类类型来创建对象，这个过程就叫做类的实例化。

1. 类只是对对象进行描述的类型，是"模子"，定义出类，并没有分配实际的内存空间来存储。
2. 一个类可以实例化处多个对象，实例化处的对象，占用实际的物理空间，来存储类成员的变量。

类对象大小

如何计算类对象的大小？

1. 一个类的大小，实际上就是类中成员变量的大小之和，注意内存对齐。
2. 注意空类的大小，空类特殊，一般留一个字节大小的空间来唯一的标识这个类的对象。
3. 成员方法如果每个对象都保存一份的话，非常占用空间，所以成员方法被保存在了公共代码段。

this指针

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)，在函数体中所有的成员变量的操作都是通过该指针去访问。不能显性传递，编译器会自动完成。

this指针的特性

1. this指针的类型，类类型* const。因为有const属性，不能给this指针赋值。
2. 只能在成员函数的内部使用。
3. this指针本质上就是成员函数隐藏的形参，当对象调用成员函数时，将对象的地址作为实参传递给this形参。所以对象中不存储this指针。
4. this指针是成员函数第一个隐含的指针形参。一般情况下由编译器通过ecx寄存器自动传递
5. 如果有的函数限定了参数的个数，假如只有一个，那么可以采用两个办法：(1) 不作为类的成员函数，在类外定义；(2) 作为类的静态成员函数。

类的默认成员函数

即便是空类中，也会存在有六个默认的成员函数，由编译器自动生成。

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。

构造函数

默认构造函数：无参的构造函数和全缺省的构造函数，以及编译器默认生成的构造函数，都被称为默认构造函数。默认构造函数只能存在一个。

构造函数特性：

1. 名字与类名相同。
2. 创建类的对象时由编译器自动调用，以保证每个成员函数都有一个合适的初始值。
3. 在对象的整个生命周期中只能调用一次。
4. 无返回值。
5. 构造函数可以重载。
6. 如果类内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，编译器不再自动生成。
7. 对于编译器默认生成的构造函数，对于内置类型不做处理，对于自定义类型成员调用他的成员函数。
8. C++11针对内置类型不处理的缺点，打了补丁：内置类型成员变量在类的声明中可以给默认值。注意：这不是初始化！只是在对象创建时给初始值。
9. 构造函数不但具有构造和初始化的作用，还可以进行隐式类型转换。如果在构造函数声明前加上**“explicit” 关键字**，则表示禁止构造函数的隐式类型转换。

构造函数中的初始化列表：以一个冒号开始，接着是一个以逗号分隔的数据成员列表，每个**"成员变量"后面跟 一个放在括号中的初始值或表达式。**

注意：

1. 每个成员变量在初始化列表中只能出现一次，即初始化只能初始化一次。
2. 类中如果包含以下成员，必须要放在初始化列表中进行初始化：
   • 引用成员变量。
   • const 成员变量。
   • 自定义类型成员，且该成员的类没有默认构造函数。
3. 尽量使用初始化列表进行初始化，因为不管是否使用初始化列表，对于自定义类型的成员，编译器一定会先使用初始化列表去初始化。
4. 成员变量在类中的声明次序就是其在初始化列表中的初始化顺序，初始化列表中的顺序不影响成员初始化的顺序。

析构函数

析构函数，不是完成对对象本身的销毁，局部对象销毁的工作是由编译器完成。对象在销毁时，会自动调用析构函数，完成对象内资源的清理工作。

析构函数特性：

1. 析构函数名 是类名前加~
2. 无参数，无返回值类型
3. 一个类只能有一个析构函数，如果没有显式定义，编译器会默认生成，
4. 对象生命周期结束，C++编译器自动调用析构函数，不需要手动调用。
5. 编译器自动生成的析构函数，类内的内置类型，不做处理，类内的自定义类型，会调用该自定义类型的析构函数。
6. 如果类内没有申请资源，析构函数可以不写。有资源的申请，则一定要写析构函数，否则会造成内存泄漏

拷贝构造函数

只有单个形参，该形参一般是本类类型对象的const 引用，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。

拷贝构造特性：

1. 拷贝构造是构造函数的一种重载形式。
2. 拷贝构造函数必须是只有一个而且必须是对类类型对象的引用，不可以直接传值。否则会编译器报错。会引发无穷递归调用。
3. 如果没有显式定义，会默认生成拷贝构造。默认的拷贝构造是浅拷贝，按照内存存储字节序完成拷贝，又叫值拷贝。
4. 类内如果没有涉及到资源申请，拷贝构造函数写不写都行，但是如果涉及资源申请，拷贝构造函数一定要写，否则只是浅拷贝。
5. 具体情况具体分析，看想要的是浅拷贝还是深拷贝，浅拷贝则编译器生成，深拷贝则自己显式完成。
6. 拷贝构造存在编译器优化：连续构造+拷贝构造被优化为直接构造。连续拷贝构造加拷贝构造优化为一个拷贝构造。如果是连续的拷贝构造+赋值重载则无法优化。

拷贝构造的调用场景：

1. 使用已存在的对象创建新的对象。
2. 函数参数为类类型对象。
3. 函数返回值为类类型对象。

所以为了提高效率，一般对象传参尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能加引用就尽量加引用。

运算符重载

首先介绍运算符重载：C++为了增强代码的可读性，引入了运算符重载：具有特殊函数名的函数。

函数名为： operator 加需要重载的运算符符号。

函数原型：

return_type operator OP(para_list.);

注意：

1. 不能通过连接其他符号来自创运算符。必须与实际含义相吻合。
2. 重载操作符必须有一个类类型参数。
3. 用于内置类型的运算符，含义不能变。
4. 作为类成员函数重载时，注意隐藏的this指针。所以看起来比在类外定义少一个参数。
5. 五个不能重载的运算符 ： .* :: sizeof ?: .

赋值运算符重载

赋值运算符重载：

1. 定义方法：

• 参数类型：const T&
• 返回值类型：T&，有返回值可以连续赋值。
• 检测是否自己要给自己赋值
• 返回*this，来连续赋值。

2. 赋值运算符只能重载成类的成员函数而不能重载成全局的函数。原因：如果我们在类外定义，类内会由编译器自动生成一个，会出现重载冲突。
3. 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝，也是浅拷贝。
4. 内置类型成员变量的赋值是直接赋值，自定义类型成员变量的赋值是调用它的赋值运算符重载函数完成赋值。
5. 同样的，如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以，一旦涉及到资源管理则必须要实现。

前置后置++重载

前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++形成能正确重载，C++规定:后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递
注意: 后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存一份，然后给this+1。而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用

取地址及const取地址操作符重载

一般不用重新定义，编译器默认生成的就够了。

const 成员

加const 修饰的成员函数称为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰的是该成员函数的this指针，表示在这个成员函数内不能对任何的类成员进行修改。

static 成员

声明为static 的类成员称为类的静态成员，静态成员变量一定要在类外进行初始化。

静态成员特点：

1. 静态成员被所有的类对象所共享。不属于某个具体的对象，存放在静态区。
2. 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static 关键字，类中只是声明。
3. 类静态成员的访问：类名:: 静态成员 或者 对象.静态成员。
4. 静态成员函数没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员。
5. 静态成员也是类的成员，受到访问限定符的限制。

友元

有元可以突破封装，可以提供一些便利，但是会提升耦合度，破坏封装，所以能不用就不用。

友元函数

友元函数可以直接访问类的私有成员，它是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但需要在 类的内部声明，声明时需要加friend关键字。

//例子：
// 尝试去重载operator<<，然后发现没办法将operator<<重载成成员函数。因为cout的 输出流对象和隐含的this指针在抢占第一个参数的位置。this指针默认是第一个参数也就是左操作 数了。但是实际使用中cout需要是第一个形参对象，才能正常使用。所以要将operator<<重载成 全局函数。但又会导致类外没办法访问成员，此时就需要友元来解决。operator>>同理。

特点：

1. 友元函数可以访问类的私有和保护成员，但不是类的成员函数。
2. 友元函数不能被const修饰。
3. 友元函数可以在类定义的任意位置声明，不受到访问限定符的约束，但是最好放在最上面，比较好看。
4. 一个函数可以是多个类的友元函数。
5. 友元函数的调用与普通函数无异。

有元类

友元类的所有成员函数都可以是另外一个类的友元函数，可以访问另外一个类的非公有成员。

特点：

1. 友元关系是单向的。
2. 友元关系不可传递。
3. 友元关系不能继承。

内部类

如果一个类被定义在另外一个类的内部，就叫做内部类。内部类其实就是外部类的友元类，内部类可以随便访问外部类的成员，但是外部类却不可以访问内部类。

特点：

1. 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的
2. 注意内部类可以直接访问外部类中的static成员，不需要外部类的对象/类名。
3. sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。

匿名对象

类名加( )，叫做匿名对象，生命周期就在本行，代码执行流运行过本行，即刻销毁。一般用在我们只想用类内部的成员函数时，匿名对象调用。

类和对象小节完。