C++的类Class

一、C的struct和C++的类的区别

以下表格由DeepSeek-R1生成：

特性	C 的 struct	C++ 的 struct	C++ 的 class
默认访问权限	无（仅数据）	public	private
成员函数	不支持	支持	支持
继承/多态	不支持	支持	支持
构造/析构函数	不支持	支持	支持
模板	不支持	支持	支持
设计用途	纯数据聚合	简单数据+方法	封装复杂对象行为

实际开发中，C++ 的 struct 和 class 仅默认权限不同，但习惯上用 struct 表示数据为主的结构，class 表示具有复杂行为的对象。

• 在C中：
  各种各样的函数的定义、struct
• 在C++中：
  实体(属性、行为)            ->            ADT(abstract data type)
  对象            <-(实例化)       类(属性->成员变量行为->成员方法)

二、关于OOP

1. Object Oriented Programming：面向对象程序设计
2. OOP语言的四大特性：抽象、封装/隐藏、继承、多态
3. 类中的访问限定符：（由DeepSeek-R1生成）

基类成员访问限定符	类内部访问	继承方式	派生类中基类成员的访问权限	外部代码访问	友元访问
public	✔	public 继承	public	✔	✔
		protected 继承	protected	✖	✔
		private 继承	private	✖	✔
protected	✔	public 继承	protected	✖	✔
		protected 继承	protected	✖	✔
		private 继承	private	✖	✔
private	✔	任何继承方式	不可访问	✖	✔

三、举例：一个商品类CGoods

#include <iostream>
using namespace std;const int NAME_LEN = 20;class CGoods {
public: // 给外部提供公有的成员方法，来访问私有的属性// 商品数据初始化void init(const char *name, double price, int amount);// 打印商品信息void show();// 给成员变量提供getXXX或setXXX的方法（注意：类内部实现的方法，自动处理成inline内联函数）void setName(const char *name) { strcpy_s(_name, sizeof(_name), name); }void setPrice(double price) { _price = price; }void setAmount(int amount) { _amount = amount; }const char *getName() { return _name; }double getPrice() { return _price; }int getAmount() { return _amount; }
private:char _name[NAME_LEN];double _price;int _amount;
};void CGoods::init(const char *name, double price, int amount) {strcpy_s(_name, sizeof(_name), name);_price = price;_amount = amount;
}void CGoods::show() {cout << "name: " << _name << endl;cout << "price: " << _price << endl;cout << "amount: " << _amount << endl;
}int main() {CGoods good1;good1.init("面包", 10.0, 200); good1.show();good1.setPrice(20.5); good1.setAmount(100); good1.show();CGoods good2;good2.init("空调", 10000.0, 50);good2.show();return 0;
}

注意：

1. 类可以定义无数个对象，每一个对象都有自己的成员变量，但是它们共享一套成员方法。
2. 类内部实现的方法，自动处理成inline内联函数，外部则不会。
3. 对象的内存大小，与成员变量有关。VS2022下可以通过cl C++面向对象.cpp /dlreportSingleClassLayoutCGoods查看占用内存大小。
4. init(name，price，amount)怎么知道处理哪个对象的信息，把信息初始化给哪一个对象的呢?
   类的成员方法一经编译，所有的方法参数，都会加一个this指针，接收调用该方法的对象的地址。

	void init(CGoods *this, const char *name, double price, double amount);void CGoods::init(CGoods *this, const char *name, double price, int amount) {strcpy_s(this->_name, sizeof(this->_name), name);this->_price = price;this->_amount = amount;}init(&good1, "面包", 10.0, 200);

四、构造函数和析构函数

1、定义一个顺序栈

#include <iostream>
using namespace std;const int NAME_LEN = 20;class SeqStack {
public: void init(int size = 10) {_pstack = new int[size];_top = -1;_size = size;}void release() {delete[]_pstack;_pstack = nullptr;}void push(int val) {if (full()) {resize();}_pstack[++_top] = val;}void pop() {if (empty()) {return;}--_top;}int top() {return _pstack[_top];}bool empty() { return _top == -1; }bool full() { return _top == _size - 1; }private:int *_pstack;int _top;int _size;void resize() {int* ptmp = new int[_size * 2];for (int i = 0; i < _size; ++i) {ptmp[i] = _pstack[i];} // memcpy(ptmp, _pstack, sizeof(int)*size);或realloc可能产生深拷贝浅拷贝的问题delete[]_pstack;_pstack = ptmp;_size *= 2;}
};int main() {SeqStack s;s.init(5); for (int i = 0; i < 15; ++i) {s.push(rand() % 100);}while (!s.empty()) {cout << s.top() << " ";s.pop();}s.release();return 0;
}

2、用构造和析构代替s.init(5);和s.release();

#include <iostream>
using namespace std;const int NAME_LEN = 20;class SeqStack {
public: SeqStack(int size = 10) { // 构造函数可带参数，可以重载_pstack = new int[size];_top = -1;_size = size;}~SeqStack() { // 不带参数，只能有一个delete[]_pstack;_pstack = nullptr;}void push(int val) {if (full()) {resize();}_pstack[++_top] = val;}void pop() {if (empty()) {return;}--_top;}int top() {return _pstack[_top];}bool empty() { return _top == -1; }bool full() { return _top == _size - 1; }private:int *_pstack;int _top;int _size;void resize() {int* ptmp = new int[_size * 2];for (int i = 0; i < _size; ++i) {ptmp[i] = _pstack[i];} // memcpy(ptmp, _pstack, sizeof(int)*size);或realloc可能产生深拷贝浅拷贝的问题delete[]_pstack;_pstack = ptmp;_size *= 2;}
};int main() {//1.开辟内存 2.调用构造函数SeqStack s(5);//s.init(5); // 对象成员变量的初始化for (int i = 0; i < 15; ++i) {s.push(rand() % 100);}while (!s.empty()) {cout << s.top() << " ";s.pop();}//s.release(); // 释放对象成员变量占用的外部堆内存(外部资源)return 0;
}

3、在不同内存区域构造对象

#include <iostream>
using namespace std;const int NAME_LEN = 20;class SeqStack {
public: SeqStack(int size = 10) {cout << this << " SeqStack" << endl;_pstack = new int[size];_top = -1;_size = size;}~SeqStack() {cout << this << " ~SeqStack" << endl;delete[]_pstack;_pstack = nullptr;}void push(int val) {if (full()) {resize();}_pstack[++_top] = val;}void pop() {if (empty()) {return;}--_top;}int top() {return _pstack[_top];}bool empty() { return _top == -1; }bool full() { return _top == _size - 1; }private:int *_pstack;int _top;int _size;void resize() {int* ptmp = new int[_size * 2];for (int i = 0; i < _size; ++i) {ptmp[i] = _pstack[i];} // memcpy(ptmp, _pstack, sizeof(int)*size);或realloc可能产生深拷贝浅拷贝的问题delete[]_pstack;_pstack = ptmp;_size *= 2;}
};/*
.data
heap
stack
*/
SeqStack s0; //.dataint main() {cout << "heap上对象构造" << endl;SeqStack* ps = new SeqStack(60); // heap malloc内存开辟+SeqStack对象构造ps->push(70);ps->push(80);ps->pop();cout << ps->top() << endl;delete ps; // 先调用ps->~SeqStack()+然后free(ps)cout << "stack上对象构造" << endl;SeqStack s(5); //stackfor (int i = 0; i < 15; ++i) {s.push(rand() % 100);}while (!s.empty()) {cout << s.top() << " ";s.pop();}cout << endl;return 0;
}

打印结果如下：

00007FF7FB3914C0 SeqStack
heap上对象构造
0000026D43E94EF0 SeqStack
70
0000026D43E94EF0 ~SeqStack
stack上对象构造
000000F8EF6FF9D8 SeqStack
61 27 81 45 5 64 62 58 78 24 69 0 34 67 41
000000F8EF6FF9D8 ~SeqStack
00007FF7FB3914C0 ~SeqStack

4、深拷贝和浅拷贝

	SeqStack s; // 没有提供任何构造函数的时候，会为你生成默认构造函数SeqStack s1(10);SeqStack s2 = s1; // #1 默认拷贝构造函数 -》做直接内存数据拷贝//Seqstack s3(s1);// #2 同1

上述默认构造函数导致出现浅拷贝的问题，浅拷贝一般包括以下几种问题：

1. 多个对象共享同一资源：
   如果多个对象的指针成员指向同一块内存，修改其中一个对象会影响其他对象。

2. 重复释放资源：
   当多个对象的指针指向同一块内存时，析构函数可能会多次释放同一块内存，导致程序崩溃。

3. 内存泄漏：
   如果资源被浅拷贝后，原始对象的资源没有被正确释放，会导致内存泄漏。

默认拷贝构造函数：浅拷贝

	SeqStack(const SeqStack &src) {_pstack = src._pstack;_top = src._top;_size = src._size;}

深拷贝

	SeqStack(const SeqStack &src) {_pstack = new int[src._size];for (int i = 0; i <= src._top; ++i) {_pstack[i] = src._pstack[i];}_top = src._top;_size = src._size;}

如果对两个已经存在的对象进行赋值操作，也会出现浅拷贝问题

int main() {cout << "开始构造s" << endl;SeqStack s; // 没有提供任何构造函数的时候，会为你生成默认构造函数cout << "开始构造s1" << endl;SeqStack s1(10);cout << "开始构造s2" << endl;SeqStack s2 = s1; // #1 默认拷贝构造函数 -》做直接内存数据拷贝//Seqstack s3(s1);// #2 同1s2 = s1;return 0;
}

s2 = s1; // 默认的赋值函数 =》做直接的内存拷贝
修改如下：
// s2.operator=(s1)
// void operator=(const SeqStack &src)

#include <iostream>
using namespace std;const int NAME_LEN = 20;class SeqStack {
public: SeqStack(int size = 10) {cout << this << " SeqStack" << endl;_pstack = new int[size];_top = -1;_size = size;}// 自定义拷贝构造函数SeqStack(const SeqStack& src) { cout << this << " const SeqStack& src" << endl;_pstack = new int[src._size];for (int i = 0; i <= src._top; ++i) {_pstack[i] = src._pstack[i];}_top = src._top;_size = src._size;}// 赋值重载函数void operator=(const SeqStack& src) {cout << this << " operator=" << endl;// 防止自赋值if (this == &src) {return;}// 需要先释放当前对象占用的外部资源delete[]_pstack;_pstack = new int[src._size];for (int i = 0; i <= src._top; ++i) {_pstack[i] = src._pstack[i];}_top = src._top;_size = src._size;}~SeqStack() {cout << this << " ~SeqStack" << endl;delete[]_pstack;_pstack = nullptr;}void push(int val) {if (full()) {resize();}_pstack[++_top] = val;}void pop() {if (empty()) {return;}--_top;}int top() {return _pstack[_top];}bool empty() { return _top == -1; }bool full() { return _top == _size - 1; }private:int *_pstack;int _top;int _size;void resize() {int* ptmp = new int[_size * 2];for (int i = 0; i < _size; ++i) {ptmp[i] = _pstack[i];} // memcpy(ptmp, _pstack, sizeof(int)*size);或realloc可能产生深拷贝浅拷贝的问题delete[]_pstack;_pstack = ptmp;_size *= 2;}
};int main() {cout << "开始构造s" << endl;SeqStack s; // 没有提供任何构造函数的时候，会为你生成默认构造函数cout << "开始构造s1" << endl;SeqStack s1(10);cout << "开始构造s2" << endl;SeqStack s2 = s1; // #1 默认拷贝构造函数 -》做直接内存数据拷贝//Seqstack s3(s1);// #2 同1s2 = s1;return 0;
}

打印结果：

开始构造s
0000003B8E14F6C8 SeqStack
开始构造s1
0000003B8E14F6F8 SeqStack
开始构造s2
0000003B8E14F728 const SeqStack& src
0000003B8E14F728 operator=
0000003B8E14F728 ~SeqStack
0000003B8E14F6F8 ~SeqStack
0000003B8E14F6C8 ~SeqStack

5、构造函数和深拷贝的简单应用

1. 字符串String

#include <iostream>
using namespace std;class String {
public: String(const char* str = nullptr) { // 普通构造函数if (str != nullptr) {m_data = new char[strlen(str) + 1];strcpy_s(m_data, strlen(str) + 1, str);}else {m_data = new char[1];*m_data = '\0';}}String(const String& other) { // 拷贝构造函数m_data = new char[strlen(other.m_data) + 1];strcpy_s(m_data, strlen(other.m_data) + 1, other.m_data);}~String() {delete[]m_data;m_data = nullptr;}String& operator=(const String& other) { // 返回值不是void，而是当前类型的引用，是为了连续赋值if (this == &other) {return *this;}delete[]m_data;m_data = new char[strlen(other.m_data) + 1];strcpy_s(m_data, strlen(other.m_data) + 1, other.m_data);return *this;}private:char* m_data;
};int main() {// 调用带const char*参数的构造函数String str1;String str2("hello");String str3 = "world";// 调用拷贝构造函数String str4 = str3;String str5(str4);// 调用赋值重载函数str1 = str2;str3 = str1 = str2; // 连续赋值return 0;
}

2. 循环队列Queue

#include <iostream>
using namespace std;class Queue {
public: Queue(int size = 20) {_pQue = new int[size];_front = _rear = 0;_size = size;}Queue(const Queue &src) {_front = src._front;_rear = src._rear;_size = src._size;_pQue = new int[_size];for (int i = _front; i != _rear; i = (i + 1) % _size) {_pQue[i] = src._pQue[i];}}Queue& operator=(const Queue& src) {if (this == &src) {return *this;}delete[]_pQue;_front = src._front;_rear = src._rear;_size = src._size;_pQue = new int[_size];for (int i = _front; i != _rear; i = (i + 1) % _size) {_pQue[i] = src._pQue[i];}return *this;}~Queue() {delete[]_pQue;_pQue = nullptr;}void push(int val) {// 入队操作if (full()) {resize();}_pQue[_rear] = val;_rear = (_rear + 1) % _size;}void pop() { // 出队操作if (empty()) {return;}_front = (_front + 1) % _size;}int front() {return _pQue[_front];}bool full() {return (_rear + 1) % _size == _front;}bool empty() {return _front == _rear;}private:int* _pQue; // 申请队列的数组空间int _front; // 指示队头的位置int _rear; // 指示队尾的位置int _size; // 队列扩容的总大小void resize() {int* ptmp = new int[2 * _size];int index = 0;for (int i = _front; i != _rear; i = (i + 1) % _size) {ptmp[index++] = _pQue[i];}delete[]_pQue;_pQue = ptmp;_front = 0;_rear = index;_size *= 2;}
};int main() {Queue q;for (int i = 0; i < 20; ++i) {q.push(rand() % 100);}while (!q.empty()) {cout << q.front() << " ";q.pop();}cout << endl;Queue q1 = q;q1 = q;return 0;
}

6、构造函数的初始化列表

#include <iostream>
using namespace std;class CDate {
public:CDate(int y, int m, int d) { //自定义的构造函数_year = y;_month = m;_day = d;}void show() {cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;}private:int _year;int _month;int _day; };/*
构造函数的初始化列表: 可以指定当前对象成员变量的初始化方式
CDate信息  CGoods商品信息的一部分  a part of ...  组合的关系
*/
class CGoods {
public: // "CDate"没有合适的构造函数可用，因此在这里使用初始化列表CGoods(const char *n, int a, double p, int y, int m, int d): _date(y, m, d), _amount(a) // 相当于int _amount = a;直接进行初始化，// 避免了先定义（int _amount; _amount = a;）需要调用默认构造函数，// 而CDate因为定义了自定义的构造函数，不会调用默认构造函数, _price(p)  // #1 构造函数的初始化列表{// #2 当前类类型构造函数体strcpy_s(_name, 20, n);}void show() {cout << "name: " << _name << endl;cout << "amount: " << _amount << endl;cout << "price: " << _price << endl;_date.show();}private:char _name[20];int _amount;double _price;CDate _date;    // 成员对象 1.分配内存 2.调用构造函数 
};int main() {CGoods good("商品", 100, 35.0, 2025, 1, 27);good.show();return 0;
}

注意：成员变量的初始化和它们定义的顺序有关，和构造函数初始化列表中出现的先后顺序无关!

#include <iostream>
using namespace std;class Test {
public: Test(int m = 10):mb(m), ma(mb) {}void show() {cout << "ma: " << ma << "mb: " << mb << endl;}private:int ma;int mb;
};int main() {Test t; t.show(); // ma: -858993460 mb: 10return 0;
}

Windows下会将未初始化的内存填充为特定的值0xCCCCCCCC（十进制为-858993460），先初始化ma，而此时mb未初始化，其值-858993460，因此ma: -858993460，而mb: 10。

五、类的各种成员变量和成员方法

1、普通成员变量、静态成员变量

2、普通成员方法、静态成员方法、常成员方法

• 普通的成员方法 =>编译器会添加一个this形参变量
  1.属于类的作用域
  2.调用该方法时，需要依赖一个对象！常对象是无法调用的 实参:const CGoods* -》CGoods *this
  3.可以任意访问对象的私有成员 protected继承 public private
• static静态成员方法 =>不会生成this形参
  1.属于类的作用域
  2.用类名作用域来调用方法
  3.可以任意访问对象的私有成员，仅限于不依赖对象的成员（只能调用其它的static静态成员）
• const常成员方法 const CGoods *this
  1.属于类的作用域
  2.调用依赖一个对象，普通对象或者常对象都可以
  3.可以任意访问对象的私有成员，但是只能读，而不能写（只要是只读操作的成员方法，一律实现成const常成员方法）

#include <iostream>
using namespace std;const int NAME_LEN = 20;class CGoods {
public:CGoods(const char* name, double price, int amount);void show();void show() const;static void showCount();private:char _name[NAME_LEN];double _price;int _amount;static int _count; // 声明 用来记录商品对象的总数量；不属于对象，而属于类级别的
};// static成员变量一定要在类外进行定义并且初始化
int CGoods::_count = 0; CGoods::CGoods(const char* name, double price, int amount) {strcpy_s(_name, sizeof(_name), name);_price = price;_amount = amount;_count++; // 记录所有产生的新对象的数量
}// 普通成员方法 CGoods *this
void CGoods::show() {cout << "name: " << _name << endl;cout << "price: " << _price << endl;cout << "amount: " << _amount << endl;
}// 常成员方法 const CGoods *this
void CGoods::show() const {cout << "name: " << _name << endl;cout << "price: " << _price << endl;cout << "amount: " << _amount << endl;
}// 静态成员方法 没有this指针
void CGoods::showCount() {cout << "所有商品数量: " << _count << endl;
}int main() {CGoods good1("面包", 10.0, 200);good1.show();CGoods good2("空调", 100.0, 50);good2.show();CGoods::showCount();const CGoods good3("非卖品", 10000.0, 1);good3.show(); //CGoods::show(&good3) const CGoods* -> CGoods*不可以return 0;
}

六、指向类成员（成员变量和成员方法）的指针

指向普通成员变量的指针依赖于对象的调用，指向静态成员变量的指针不依赖。
指向普通成员方法的函数指针同样依赖于对象的调用，指向静态成员方法的指针不依赖。

#include <iostream>
using namespace std;class Test {
public:void func() { cout << "call Test::func" << endl; }static void static_func() { cout << "Test::static func" << endl; }int ma;static int mb;
};int Test::mb;int main() {Test t1; Test *t2 = new Test();// 指向成员变量的指针// int a=10; int *p=&a; *p=30;int Test::*p = &Test::ma;t1.*p = 20;cout << t1.*p<< endl;t2->*p = 30; cout << t2->*p << endl; // 指向静态成员变量的指针int *p1 = &Test::mb;*p1 = 40;cout << *p1 << endl;// 指向成员方法的指针void (Test::*pfunc)() = &Test::func; (t1.*pfunc)();(t2->*pfunc)();// 定义函数指针指向类的静态成员方法void(*pfunc1)() = &Test::static_func;(*pfunc1)();delete t2;return 0;
}

打印结果如下：

20
30
40
call Test::func
call Test::func
Test::static func