我们在上篇文章初步了解了C++的一些基本语法，但是C++核心其实是：面向对象。他是一门基于面向对象的一门语言，关注的是对象，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成。本篇文章我们将一起探索类和对象以及其中的内核重点。
目录
（一）类和对象初步理解
（1）类的定义
C语言结构体中只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。比如：
之前在数据结构初阶中，如用C语言方式实现的栈，结构体中只能定义变量；现在以C++方式实现，
会发现struct中也可以定义函数。
下面我们来看一小段代码就明白了：
typedef int DataType;
struct Stack
{
void Init(size_t capacity)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(const DataType& data)
{
// 扩容
_array[_size] = data;
++_size;
}
DataType Top()
{return _array[_size - 1];
}
void Destroy()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = nullptr;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
DataType* _array;
size_t _capacity;
size_t _size;
};
C++结构体中可以定义变量，也可以定义函数。上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替。 ，这里我们叫做类。
但本质上其实是有一点区别的：
C++
需要兼容
C
语言，所以
C++
中
struct
可以当成结构体使用。另外
C++
中
struct
还可以用来
定义类。和
class
定义类是一样的，区别是
struct
定义的类默认访问权限是
public
，
class
定义的类
默认访问权限是
private
。注意：在继承和模板参数列表位置，
struct
和
class
也有区别，后序给大
家介绍。
下面我们引出类的定义：
class className
{
// 类体：由成员函数和成员变量组成
}; // 一定要注意后面的分号
class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后面分
号不能省略。
类体中内容称为类的成员：类中的变量称为类的属性或成员变量; 类中的函数称为类的方法或者
成员函数。
这里类有两种定义方式：
1、类的声明和定义都放在类中。
成员函数如果在类中定义，编译器可能会将其当成内联函数处理。
2、类的声明和定义分开。类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中，注意：成员函数名前需要加类名::。
比如，假设下面的一个函数在.cpp文件中，也就是在类外定义：
void Stack::Init(size_t capacity)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}这里需要声明类名Stack并加上::。
(2)类的访问限定符及封装
1、访问限定符
C++实现封装的方式：用类将对象的属性与方法结合在一块，让对象更加完善，通过访问权限选
择性的将其接口提供给外部的用户使用.
类的访问限定符有三个：
public(公用)，private（私有)，protected(保护)
【访问限定符说明】
- 1. public修饰的成员在类外可以直接被访问
- 2. protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问(此处protected和private是类似的)
- 3. 访问权限作用域从该访问限定符出现的位置开始直到下一个访问限定符出现时为止
- 4. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
- 5. class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)
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
2、封装
C++是一门面向对象的语言，
面向对象的三大特性就是：封装、继承、多态。
其中封装就是：
将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来
和对象进行交互。
封装本质上是一种管理，让用户更方便使用类。
（3）类的实例化
用类类型初始化对象的过程被称为类的实例化。
例：
我们写一个日期类，这就好比是一个模板。
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
public:
int _year;
int _month;
int _day;
}；我们想要初始化一个对象必须声明再赋值，比如下面我们实例化对象就开辟了空间：
int main()
{
Date d1;
Date d2;
//类对象实例化，开辟了空间
//设计图-->一栋栋别墅
// 为什么成员变量在对象中，成员函数不在对象中呢？
// 每个对象成员变量时不一样的，需要独立存储
// 每个对象调用成员函数是一样的，放到共享公共区域(代码段）
d1.Init(2023, 2, 23);
d1._year++;
d2.Init(2022, 2, 3);
d2._year++;
return 0;
}所以一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象 占用实际的物理空间，存储类成员变量。
（4）类的大小
类的大小参考结构体大小的算法。（注意内存对齐）
这里注意两点：
1、类里面只有声明对象占用空间，成员函数不要计算。
2、空类默认占用1个字节空间。(用来标识)
（5）this指针
我们先来定义一个日期类,并作初始化:
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;
}
对于上述类，有这样的一个问题：
Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用 Init 函
数时，该函数是如何知道应该设置d1对象，而不是设置d2对象呢？
C++中通过引入this指针解决该问题，即：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“成员变量”
的操作，都是通过该指针去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编
译器自动完成。
this指针的特性:
- 1. this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
- 2. 只能在“成员函数”的内部使用
- 3. this指针本质上是“成员函数”的形参，当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。
- 4. this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传
- 递，不需要用户传递
我们来看下面一个例子来理解两个问题:
1. this指针存在哪里？
2. this指针可以为空吗？
// 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
//第一题：
class A
{
public:
void PrintA()
{
cout<<_a<<endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->PrintA();//运行崩溃，因为this->_a空指针解引用了
return 0;
}
//下面看实例2
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
/*_year = year;
_month = month;
_day = day;*/
cout << this << endl;
this->_day = day;
this->_month = month;
this->_year = year;
}
void Func()
{
cout << this << endl;
cout << "Func" << endl;
}
public:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
// // 编译报错 运行崩溃 正常运行
Date* ptr = nullptr;
ptr->Init(2022, 2, 2); //运行崩溃，这里是因为this->_year等空指针解引用了
ptr->Func(); //正常运行
(*ptr).Func(); //正常运行 这两个都是this是空指针，通过this标识的地址为前提来访问函数
}1、this指针存在哪里？答：栈，因为他是隐含形参 / vs下面是通过ecx寄存器。
2、this指针可以为空吗？可以，但只是通过this标识的地址为前提来访问函数，在函数中不可以解引用，也就是不能指向类对象。
（二）详解类的默认成员函数
如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。
空类中真的什么都没有吗？并不是，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下6个默认成员
函数。
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称为默认成员函数。
下面我们来一一分析并深入理解各个默认成员函数：
（1）构造函数
我们参考以前写C语言来写一个Date类：
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;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Init(2022, 7, 5);
d1.Print();
Date d2;
d2.Init(2022, 7, 6);
d2.Print();
return 0;
}
我们每次初始化都要调用Init初始化函数，未免有些麻烦，我们能否可以在创建对象的时候解初始化进去呢？
这就利用到了我们构造函数：
构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用，以保证
每个数据成员都有 一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。
- 其特征如下：
- 1. 函数名与类名相同。
- 2. 无返回值。
- 3. 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
- 4. 构造函数可以重载。
我们下面就把Init的方法改成构造函数初始化的方法：
class Date
{
public:
// 1.无参构造函数
Date()
{}
// 2.带参构造函数
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void TestDate()
{
Date d1; // 调用无参构造函数
Date d2(2015, 1, 1); // 调用带参的构造函数
// 注意：如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不用跟括号，否则就成了函数声明
// 以下代码的函数：声明了d3函数，该函数无参，返回一个日期类型的对象
// warning C4930: “Date d3(void)”: 未调用原型函数(是否是有意用变量定义的?)
Date d3();
}这样我们创建对象的时候就可以初始化了，而不需要频繁调用Init初始化函数，这里的构造函数是程序自动调用的。
但是，上面不是说这是默认成员函数，空类中也会有吗？？？
所以如果类中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将不再生成。
问题又又来了，既然编译器会自动生成，那么我们还有必要自己写吗？？？
其实C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语言提供的数据类
型，如：int/char...，自定义类型就是我们使用class/struct/union等自己定义的类型，看看
下面的程序，就会发现编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员_t调用的它的默认成员
函数。同时，内置类型成员如果不写构造函数，默认是随机值。
class Time
{
public:
Time()
{
cout << "Time()" << endl;
_hour = 0;
_minute = 0;
_second = 0;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year;
int _month;
int _day;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
return 0;
}对于自定义类型Time _t，编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员_t调用的它的默认成员
函数。
注意：C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即：内置类型成员变量在
类中声明时可以给默认值：
class Time
{
public:
Time()
{
cout << "Time()" << endl;
_hour = 0;
_minute = 0;
_second = 0;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
return 0;
}
最后，
无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。
注意：无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为
是默认构造函数。
class Date
{
public:
Date()
{
_year = 1900;
_month = 1;
_day = 1;
}
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
void Test()
{
Date d1;
}（2）析构函数
析构函数是相对于构造函数的，既然可以默认初始化，也可以默认释放空间，我们引出了下面的析构函数。
- 析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：
- 1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
- 2. 无参数无返回值类型。
- 3. 一个类只能有一个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。注意：析构
- 函数不能重载
- 4. 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
下面我们实例化析构函数，接着上面的栈类写：
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 3)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (NULL == _array)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(DataType data)
{
// CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
// 其他方法...
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = NULL;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType* _array;
int _capacity;
int _size;
};
void TestStack()
{
Stack s;
s.Push(1);
s.Push(2);
}当我们在实现栈并且完成一系列操作后，栈空间不需要我们自己销毁了，编译器会自动调用析构函数。
我们上面介绍过，这些是默认成员函数，编译器会自动生成呀！那我们有必要写析构函数吗？？？
请大家看下面一段代码：
class Time
{
public:
~Time()
{
cout << "~Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
return 0;
}
我们发现，屏幕上会打印~Time(),这表明我们调用了Time类的析构函数，但是我么只初始化日期（Date）类的对象啊，这怎么解释？
原因：
我们在声明中发现日期类中有一个时间类的对象，也就是d包含四个成员变量：_year,_month,_day,_t，前三个是内置成员变量，_t是自定义成员变量。
内置类型成员，销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可；而_t是Time类对
象，所以在d销毁时，要将其内部包含的Time类的_t对象销毁，所以要调用Time类的析构函数。但是：
main函数 中不能直接调用Time类的析构函数，实际要释放的是Date类对象，所以编译器会调用Date 类的析构函数，而Date没有显式提供，则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数，目的是在其内部调用Time 类的析构函数，即当Date对象销毁时，要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁 。main函数中并没有直接调用Time类析构函数，而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数。
注意：创建哪个类的对象则调用该类的析构函数，销毁那个类的对象则调用该类的析构函数。
所以我们深刻的理解了：
如果类中没有申请资源时，析构函数可以不写，直接使用编译器生成的默认析构函数，比如
Date类；有资源申请时，一定要写，否则会造成资源泄漏，比如Stack类。
（3）拷贝构造函数
假如我们初始化一个对象了，但是我们想再初始化一个和它一样的对象，明显再调用构造函数一个一个输入数据太麻烦了，那么我们有其他方法吗？
这里C++就给出了一个拷贝构造函数。
拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：
- 1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
- 2. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，
- 因为会引发无穷递归调用。
这里大家还不太明白上面我所介绍的两大特征，下面我们来深入探讨一下：
首先，我给出拷贝构造函数的样例，给大家先有一个认识基础：
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(const Date& d) // 正确写法
// Date(const Date d) // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2(d1);
return 0;
}通过上面的日期类，我们可以很明确的看出上面所说的两大特征，下面我来逐一解释：
*1、拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式，上述代码中我们也能清晰的看到，拷贝构造函数的函数名和构造函数是一样的，所以拷贝构造函数就是构造函数的一个重载类型。
*2、为什么拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用？
参数只有一个不难理解，我们本来的目的就是区别于构造函数，直接拷贝对象的，那为什么必须是类类型对象的引用呢？
其实如果我们传值，那传值的过程也是一个需要调用拷贝构造的过程，那又去调用，以此往返，会引发无穷递归：
而传引用就是对我们声明的对象本身初始化，所以不会引发无穷递归。一定要记住拷贝构造函数的参数必须是类对象的引用！！！！！！！
我们延续上面两个默认成员函数的思考，既然是默认成员函数，那么我们什么情况下可以不写让编译器自动生成呢？
请看下面的例子：
class Time
{
public:
Time()
{
_hour = 1;
_minute = 1;
_second = 1;
Time(const Time& t)
{
_hour = t._hour;
_minute = t._minute;
_second = t._second;
cout << "Time::Time(const Time&)" << endl;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d1;
// 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数
// 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构
造函数
Date d2(d1);
return 0;
}运行后我们发现显示器上打印了Time::Time(const Time&)，这表明我们调用了Time类的拷贝构造函数，但是我们声明的对象只是日期(Date)类的对象啊。
参考上文，不难理解，日期类的成员变量里有Time类型的成员，我们拷贝Date类的成员的过程中，系统自动生成了Date类的拷贝构造函数，但是对于其中一个成员变量_t，Date类的拷贝构造函数自动地调用了他的拷贝构造，所以才会打印，这说明系统会自动生成拷贝构造函数的。
那么根据上面我们分析过的，什么情况下可以不写让编译器自动生成呢？
我们还是先看一个例子：
// 这里会发现下面的程序会崩溃掉？这里就需要我们以后讲的深拷贝去解决。
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 10)
{
_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
_size = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(const DataType& data)
{
// CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = nullptr;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType *_array;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
int main()
{
Stack s1;
s1.Push(1);
s1.Push(2);
s1.Push(3);
s1.Push(4);
Stack s2(s1);
return 0;
}这里我们特地没有写拷贝构造函数让系统自己去生成，但是运行崩溃了。这是为什么？？
我们留心观察，这或许和我们这里申请空间有关。
原因：编译器自动生成的拷贝构造函数其实是浅拷贝，也就是值拷贝。它的意思是将一个对象的内容按值原封不动的拷贝到待拷贝的对象中去，那这里_array是一个指针，原封不动拷贝就是把地址拷贝过去了，那么指向的是同一块空间了，改变其中一个对象还有影响另一个，不符合拷贝的立意，除此之外，对于同一块空间最后我们会连续调用两次析构函数，所以会运行崩溃。
所以得出结论：
类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；一旦涉及到资源申请
时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。
函数调用场景：
我们上面介绍了只是一种场景会调用拷贝构造函数——用已存在对象创建新对象。
下面我们更详细解释程序中会调用拷贝构造函数的地方：
class Date
{
public:
Date(int year, int minute, int day)
{
cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;
}
Date(const Date& d)
{
cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;
}
~Date()
{
cout << "~Date():" << this << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
Date Test(Date d)
{
Date temp(d);
return temp;
}
int main()
{
Date d1(2022,1,13);
Test(d1);
return 0;
}我们详解这一段简单的代码中调用到拷贝构造的地方：
由此得出结论：
调用拷贝构造函数的场景：
- 使用已存在对象创建新对象
- 函数参数类型为类类型对象
- 函数返回值类型为类类型对象
祝您学业有成！