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C++-类和对象-1

2024年6月 · 预计阅读时间： 2 分钟

编程语言c++

什么是类？#

在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。而类Class就可以看出是c++中的改进结构体，有很多新特性。

类的定义：

class ClassName
{
// 类体：由成员函数和成员变量组成
}； // 不要忘记有分号
  • 类中的数据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。

推荐定义类的方法是：将类的声明放在.h头文件中，将类的定义放在.c文件中。

例如：

.h

class Date
{
public:
void SetDate(int year, int month, int date);
private:
int _year;
int _month;
int _date;
};

.c

#include "data.h"
void Date::SetDate()
{
_year = year;
_month = month;
_date = month;
}

类的访问限定符#

public：在类域外面也可以通过类直接访问

private：在类域外面不能访问

protected：在类域外面不能访问，在派生类中可访问，用于继承关系中，提供一种受限的访问方式，使得子类可以访问父类的某些成员，同时保持对外界的隐藏。

注意：访问限定符只在编译时有用，当数据映射到内存后，没有任何访问限定符上的区别

类的作用域和实例化#

  • 类定义了一个新的作用域，类的所有成员都在类的作用域中。在类体外定义成员，需要使用::作用域解析符指明成员属于哪个类域。

    class Date
    {
    public:
    void SetDate(int year, int month, int date);
    void PrintDate();
    private:
    int _year;
    int _month;
    int _date;
    };
    void Date::PrintDate()
    {
    cout<<_year<<"-"<<_month<<"-"<<_date<<endl;
    }
  • 用类类型创建对象的过程，就是类的实例化 ps:可以把类理解为一个图纸，而对象就是根据这个图纸建造的房子或者设备。

类对象模型（大小、存储方式、内存对齐规则）#

1.类对象的存储方式#

先说结论：一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然也要进行内存对齐；

注意空类的大小，空类比较特殊，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类。

2.类与结构体内存对齐规则#

类和对象遵守结构体的内存对齐规则：

  • 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址
  • 其他成员变量要对齐到对齐数的整数倍的地址处
    • 对齐数 = 编译器默认对齐数 与 该成员大小 的较小值
  • 结构体总大小 = 最大对齐数的整数倍
    • 最大对齐数是 所有变量类型大小的最大值 与 默认对齐参数 取较小值
  • 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

一些面试题

  1. 结构体怎么对齐？ 为什么要进行内存对齐？

上面就描述了对齐规则，分为三个方面：起始成员变量偏移量为0、其余成员变量对齐、总大小要对齐。

内存的对齐的原因：

  • 平台原因(移植原因)：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数

    据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。（早期的 ARM 处理器（如 ARM7、ARM9）要求内存访问必须对齐）

  • 性能原因：应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。

  1. 如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐？

  • #pragma pack 指令用来设置结构体的对齐方式。你可以指定一个数字来表示最大对齐值。

    • 把原来对齐方式设置压栈，并设新的对齐方式设置为1个字节对齐

      #pragma pack(push, 1)

    • 恢复对齐状态

      #pragma pack(pop)

    • eg：

      #include <stdio.h>
      #include <stddef.h>
      #pragma pack(push, 1) // 设置最大对齐为 1 字节
      struct MyStruct {
      char c;
      int i;
      double d;
      };
      #pragma pack(pop) // 恢复之前的对齐设置
      int main() {
      printf("sizeof(MyStruct) = %zu\n", sizeof(struct MyStruct));
      return 0;
      }

  • 使用 __attribute__((packed)) 来确保结构体的成员紧密排列，不考虑对齐要求。

    • eg：

      #include <stdio.h>
      #include <stddef.h>
      struct MyStruct {
      char c;
      int i;
      double d;
      } __attribute__((packed));
      int main() {
      printf("sizeof(MyStruct) = %zu\n", sizeof(struct MyStruct)); // sizeof(MyStruct) = 13
      return 0;
      }
  1. 什么是大小端？如何测试某台机器是大端还是小端，有没有遇到过要考虑大小端的场景

  • 大端：高字节序存储在起始/低地址空间

  • 小端：低字节序存储在起始/低地址空间

  • 使用联合体可以进行测试

    typedef union
    {
    unsigned int i;
    unsigned char ch[4];
    }Endian;
    int main()
    {
    Endian testEndian;
    testEndian.i = 0x12345678;
    if(testEndian.ch[0] == 0x12)
    {
    printf("Big-endian\n");
    }
    else if(testEndian.ch[0] == 0x78)
    {
    printf("Little-endian\n");
    }
    else
    {
    printf("Unknown-endian\n");
    }
    }

this指针#

  1. this指针是一个成员方法的隐藏形参，是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。
  2. 一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传递，不需要用户传递

eg：前面的日期类

void Date::PrintDate() -> void Date::PrintDate(Data* const this)
{
cout<<_year<<"-"<<_month<<"-"<<_date<<endl;
}