C++类和对象详解

创建对象

两种创建对象的方式：一种是在栈上创建，形式和定义普通变量类似；另外一种是在堆上使用 new 关键字创建，必须要用一个指针指向它，读者要记得 delete 掉不再使用的对象。

通过对象名字访问成员使用点号.，通过对象指针访问成员使用箭头->，这和结构体非常类似。

成员变量和函数

类可以看做是一种数据类型，它类似于普通的数据类型，但是又有别于普通的数据类型。类这种数据类型是一个包含成员变量和成员函数的集合。

类的成员变量和普通变量一样，也有数据类型和名称，占用固定长度的内存。但是，在定义类的时候不能对成员变量赋值，因为类只是一种数据类型或者说是一种模板，本身不占用内存空间，而变量的值则需要内存来存储。

类的成员函数也和普通函数一样，都有返回值和参数列表，它与一般函数的区别是：成员函数是一个类的成员，出现在类体中，它的作用范围由类来决定；而普通函数是独立的，作用范围是全局的，或位于某个命名空间内。
 

class Student{
public:
    //成员变量
    char *name;
    int age;
    float score;

    //成员函数
    void say(){
        cout<<name<<"的年龄是"<<age<<"，成绩是"<<score<<endl;
    }
};

但我们一般建议类内只是声明函数，类外定义。 

class Student{
public:
    //成员变量
    char *name;
    int age;
    float score;

    //成员函数
    void say();  //函数声明
};

//函数定义
void Student::say(){
    cout<<name<<"的年龄是"<<age<<"，成绩是"<<score<<endl;
}

在类体中直接定义函数时，不需要在函数名前面加上类名，因为函数属于哪一个类是不言而喻的。
但当成员函数定义在类外时，就必须在函数名前面加上类名予以限定。::被称为域解析符（也称作用域运算符或作用域限定符），用来连接类名和函数名，指明当前函数属于哪个类。

在类体中和类体外定义成员函数的区别

在类体中和类体外定义成员函数是有区别的：在类体中定义的成员函数会自动成为内联函数，在类体外定义的不会。当然，在类体内部定义的函数也可以加 inline 关键字，但这是多余的，因为类体内部定义的函数默认就是内联函数。

内联函数一般不是我们所期望的，它会将函数调用处用函数体替代，所以我建议在类体内部对成员函数作声明，而在类体外部进行定义，这是一种良好的编程习惯，实际开发中大家也是这样做的。

当然，如果你的函数比较短小，希望定义为内联函数，那也没有什么不妥的。

如果你既希望将函数定义在类体外部，又希望它是内联函数，那么可以在定义函数时加 inline 关键字。当然你也可以在函数声明处加 inline，不过这样做没有效果，编译器会忽略函数声明处的 inline

构造函数

#include <iostream>
using namespace std;

class Student{
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
public:
    //声明构造函数
    Student(char *name, int age, float score);
    //声明普通成员函数
    void show();
};

//定义构造函数
Student::Student(char *name, int age, float score){
    m_name = name;
    m_age = age;
    m_score = score;
}
//定义普通成员函数
void Student::show(){
    cout<<m_name<<"的年龄是"<<m_age<<"，成绩是"<<m_score<<endl;
}

int main(){
    //创建对象时向构造函数传参
    Student stu("小明", 15, 92.5f);
    stu.show();
    //创建对象时向构造函数传参
    Student *pstu = new Student("李华", 16, 96);
    pstu -> show();

    return 0;
}

该例在 Student 类中定义了一个构造函数Student(char *, int, float)，它的作用是给三个 private 属性的成员变量赋值。要想调用该构造函数，就得在创建对象的同时传递实参，并且实参由( )包围，和普通的函数调用非常类似。

在栈上创建对象时，实参位于对象名后面，例如Student stu("小明", 15, 92.5f)；在堆上创建对象时，实参位于类名后面，例如new Student("李华", 16, 96)。

构造函数必须是 public 属性的，否则创建对象时无法调用。当然，设置为 private、protected 属性也不会报错，但是没有意义。

构造函数没有返回值，因为没有变量来接收返回值，即使有也毫无用处，这意味着：

• 不管是声明还是定义，函数名前面都不能出现返回值类型，即使是 void 也不允许；
• 函数体中不能有 return 语句。

构造函数的重载

和普通成员函数一样，构造函数是允许重载的。一个类可以有多个重载的构造函数，创建对象时根据传递的实参来判断调用哪一个构造函数。

构造函数的调用是强制性的，一旦在类中定义了构造函数，那么创建对象时就一定要调用，不调用是错误的。如果有多个重载的构造函数，那么创建对象时提供的实参必须和其中的一个构造函数匹配；反过来说，创建对象时只有一个构造函数会被调用。

默认构造函数

如果用户自己没有定义构造函数，那么编译器会自动生成一个默认的构造函数，只是这个构造函数的函数体是空的，也没有形参，也不执行任何操作。比如上面的 Student 类，默认生成的构造函数如下：

Student(){}

一个类必须有构造函数，要么用户自己定义，要么编译器自动生成。

一旦用户自己定义了构造函数，不管有几个，也不管形参如何，编译器都不再自动生成。

实际上编译器只有在必要的时候才会生成默认构造函数，而且它的函数体一般不为空。默认构造函数的目的是帮助编译器做初始化工作，而不是帮助程序员。这是C++的内部实现机制，这里不再深究，初学者可以按照上面说的“一定有一个空函数体的默认构造函数”来理解。

最后需要注意的一点是，调用没有参数的构造函数也可以省略括号。对于示例的代码，在栈上创建对象可以写作Student stu()或Student stu，在堆上创建对象可以写作Student *pstu = new Student()或Student *pstu = new Student，它们都会调用构造函数 Student()。

以前我们就是这样做的，创建对象时都没有写括号，其实是调用了默认的构造函数。

初始化列表

构造函数的一项重要功能是对成员变量进行初始化，可以在构造函数的函数体中对成员变量一一赋值，还可以采用初始化列表。

#include <iostream>
using namespace std;

class Student{
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
public:
    Student(char *name, int age, float score);
    void show();
};

//采用初始化列表
Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){
    //TODO:
}

如本例所示，定义构造函数时并没有在函数体中对成员变量一一赋值，其函数体为空（当然也可以有其他语句），而是在函数首部与函数体之间添加了一个冒号:，后面紧跟m_name(name), m_age(age), m_score(score)语句，这个语句的意思相当于函数体内部的m_name = name; m_age = age; m_score = score;语句，也是赋值的意思。

使用构造函数初始化列表并没有效率上的优势，仅仅是书写方便，尤其是成员变量较多时，这种写法非常简单明了。

注意，成员变量的初始化顺序与初始化列表中列出的变量的顺序无关，它只与成员变量在类中声明的顺序有关。

创建对象时系统会自动调用构造函数进行初始化工作，同样，销毁对象时系统也会自动调用一个函数来进行清理工作，例如释放分配的内存、关闭打开的文件等，这个函数就是析构函数。

析构函数

 

析构函数（Destructor）也是一种特殊的成员函数，没有返回值，不需要程序员显式调用（程序员也没法显式调用），而是在销毁对象时自动执行。构造函数的名字和类名相同，而析构函数的名字是在类名前面加一个~符号。

注意：析构函数没有参数，不能被重载，因此一个类只能有一个析构函数。如果用户没有定义，编译器会自动生成一个默认的析构函数。

#include <iostream>
using namespace std;

class VLA{
public:
    VLA(int len);  //构造函数
    ~VLA();  //析构函数
public:
    void input();  //从控制台输入数组元素
    void show();  //显示数组元素
private:
    int *at(int i);  //获取第i个元素的指针
private:
    const int m_len;  //数组长度
    int *m_arr; //数组指针
    int *m_p;  //指向数组第i个元素的指针
};

VLA::VLA(int len): m_len(len){  //使用初始化列表来给 m_len 赋值
    if(len > 0){ m_arr = new int[len];  /*分配内存*/ }
    else{ m_arr = NULL; }
}
VLA::~VLA(){
    delete[] m_arr;  //释放内存
}
void VLA::input(){
    for(int i=0; m_p=at(i); i++){ cin>>*at(i); }
}
void VLA::show(){
    for(int i=0; m_p=at(i); i++){
        if(i == m_len - 1){ cout<<*at(i)<<endl; }
        else{ cout<<*at(i)<<", "; }
    }
}
int * VLA::at(int i){
    if(!m_arr || i<0 || i>=m_len){ return NULL; }
    else{ return m_arr + i; }
}

int main(){
    //创建一个有n个元素的数组（对象）
    int n;
    cout<<"Input array length: ";
    cin>>n;
    VLA *parr = new VLA(n);
    //输入数组元素
    cout<<"Input "<<n<<" numbers: ";
    parr -> input();
    //输出数组元素
    cout<<"Elements: ";
    parr -> show();
    //删除数组（对象）
    delete parr;

    return 0;
}

析构函数的执行时机

析构函数在对象被销毁时调用，而对象的销毁时机与它所在的内存区域有关。
在所有函数之外创建的对象是全局对象，它和全局变量类似，位于内存分区中的全局数据区，程序在结束执行时会调用这些对象的析构函数。
在函数内部创建的对象是局部对象，它和局部变量类似，位于栈区，函数执行结束时会调用这些对象的析构函数。
new 创建的对象位于堆区，通过 delete 删除时才会调用析构函数；如果没有 delete，析构函数就不会被执行。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Demo{
public:
    Demo(string s);
    ~Demo();
private:
    string m_s;
};
Demo::Demo(string s): m_s(s){ }
Demo::~Demo(){ cout<<m_s<<endl; }

void func(){
    //局部对象
    Demo obj1("1");
}

//全局对象
Demo obj2("2");

int main(){
    //局部对象
    Demo obj3("3");
    //new创建的对象
    Demo *pobj4 = new Demo("4");
    func();
    cout<<"main"<<endl;
  
    return 0;
}

this 是 一个关键字，也是一个 const指针，它指向当前对象，通过它可以访问当前对象的所有成员。

所谓当前对象，是指正在使用的对象。例如对于stu.show();，stu 就是当前对象，this 就指向 stu。

注意，this 是一个指针，要用->来访问成员变量或成员函数。
this 虽然用在类的内部，但是只有在对象被创建以后才会给 this 赋值，并且这个赋值的过程是编译器自动完成的，不需要用户干预，用户也不能显式地给 this 赋值。

this 原理

this 实际上是成员函数的一个形参，在调用成员函数时将对象的地址作为实参传递给 this。不过 this 这个形参是隐式的，它并不出现在代码中，而是在编译阶段由编译器默默地将它添加到参数列表中。

this 作为隐式形参，本质上是成员函数的局部变量，所以只能用在成员函数的内部，并且只有在通过对象调用成员函数时才给 this 赋值。

成员函数最终被编译成与对象无关的普通函数，除了成员变量，会丢失所有信息，所以编译时要在成员函数中添加一个额外的参数，把当前对象的首地址传入，以此来关联成员函数和成员变量。这个额外的参数，实际上就是 this，它是成员函数和成员变量关联的桥梁。

静态变量

有时候我们希望在多个对象之间共享数据，对象 a 改变了某份数据后对象 b 可以检测到。共享数据的典型使用场景是计数，以前面的 Student 类为例，如果我们想知道班级中共有多少名学生，就可以设置一份共享的变量，每次创建对象时让该变量加 1。

class Student{
public:
    Student(char *name, int age, float score);
    void show();
public:
    static int m_total;  //静态成员变量
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
};

static 成员变量属于类，不属于某个具体的对象，即使创建多个对象，也只为 m_total 分配一份内存，所有对象使用的都是这份内存中的数据。当某个对象修改了 m_total，也会影响到其他对象。


注意：static 成员变量的内存既不是在声明类时分配，也不是在创建对象时分配，而是在（类外）初始化时分配。反过来说，没有在类外初始化的 static 成员变量不能使用。

static 成员变量既可以通过对象来访问，也可以通过类来访问。

//通过类类访问 static 成员变量
Student::m_total = 10;
//通过对象来访问 static 成员变量
Student stu("小明", 15, 92.5f);
stu.m_total = 20;
//通过对象指针来访问 static 成员变量
Student *pstu = new Student("李华", 16, 96);
pstu -> m_total = 20;

总结：

1) 一个类中可以有一个或多个静态成员变量，所有的对象都共享这些静态成员变量，都可以引用它。

2) static 成员变量和普通 static 变量一样，都在内存分区中的全局数据区分配内存，到程序结束时才释放。这就意味着，static 成员变量不随对象的创建而分配内存，也不随对象的销毁而释放内存。而普通成员变量在对象创建时分配内存，在对象销毁时释放内存。

3) 静态成员变量必须初始化，而且只能在类体外进行。例如：

int Student::m_total = 10;

初始化时可以赋初值，也可以不赋值。如果不赋值，那么会被默认初始化为 0。全局数据区的变量都有默认的初始值 0，而动态数据区（堆区、栈区）变量的默认值是不确定的，一般认为是垃圾值。

4) 静态成员变量既可以通过对象名访问，也可以通过类名访问当通过对象名访问时，对于不同的对象，访问的是同一份内存。

静态成员函数

静态成员函数与普通成员函数的根本区别在于：普通成员函数有 this 指针，可以访问类中的任意成员；而静态成员函数没有 this 指针，只能访问静态成员（包括静态成员变量和静态成员函数）。

C++ class和struct区别

cpp中保留了C语言的 struct 关键字，并且加以扩充。在C语言中，struct 只能包含成员变量，不能包含成员函数。而在C++中，struct 类似于 class，既可以包含成员变量，又可以包含成员函数。

C++中的 struct 和 class 基本是通用的，唯有几个细节不同：

• 使用 class 时，类中的成员默认都是 private 属性的；而使用 struct 时，结构体中的成员默认都是 public 属性的。
• class 继承默认是 private 继承，而 struct 继承默认是 public 继承
• class 可以使用模板，而 struct 不能

C++ 没有抛弃C语言中的 struct 关键字，其意义就在于给C语言程序开发人员有一个归属感，并且能让C++编译器兼容以前用C语言开发出来的项目。

在编写C++代码时，我强烈建议使用 class 来定义类，而使用 struct 来定义结构体，这样做语义更加明确。