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前言

本文就来分享一波笔者对于C++类和对象初阶的学习经验和心得，还有续文。

笔者水平有限，难免存在纰漏，欢迎指正交流。

类和对象

封装

众所周知，面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，那什么是封装呢？

封装： 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。比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只有开关机键、键盘，显示器，USB插孔等，让用户和计算机进行交互，完成日常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。

对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如何设计的等，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。

在C++语言中实现封装，可以通过类和访问限定符将数据以及操作数据的方法进行有机结合，通过访问权限来隐藏对象内部实现细节，控制哪些属性和方法可以在类外部直接被使用。

一般类里面的数据要私有化来隐藏，只能通过调用公有成员函数去访问。

可以说，封装是为了更好地管理变量与函数行为。将类里面的数据私有化，可以防止数据被我们不期望的行为修改，要拷贝或者是修改的话必须得按照我们类里面的规定的规范的public函数来访问，本质上也是对数据的一种保护，从而更好地管理。对于类里面私有化的函数也是同理。

举个例子：假如我要去陕西的秦兵马俑景点参观游玩，我是不是必须得遵守某些行为，比如入场前买票、不得直接对兵马俑动手动脚等等，要是景点没有规定哪些行为可以做而哪些行为不能做的话不是得乱套？永远不要低估人的下限，大千世界无奇不有，失去约束的话兵马俑上指不定得刻上“xxx到此一游”、“我，秦始皇，打钱”、“xxx我宣你”等等字样，甚至于受人肢解破坏。这也是对兵马俑的保护，使得景点能更好地管理和运行下去。

总结：

数据隐藏（将类的数据私有化）不仅可以防止直接访问数据，还让类的用户无需了解数据是如何被表示的。所需要知道的只是各种函数的功能，也就是说，只需要知道成员函数接收什么样的参数以及返回什么类型的值。原则是将实现的细节从接口设计（公开的类方法）中分离出来，如果以后找到了更好的实现方法就可以只对实现细节进行修改而无需修改及接口，方便维护。

类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化。

类是对对象进行描述的，是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员，但是定义出一个类并没有分配实际的内存空间来存储它。比如：入学时填写的学生信息表，表格就可以看成是一个类，来描述具体学生信息，而学生就是对象实体。
一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象占用空间，存储类成员变量。

 int main()
 {
     Person._age = 100; // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”
     return 0;
 }

上面代码出错是因为Person类是没有空间的，不能访问成员变量（其实还没被创建），只有Person类实例化出的对象才有空间，比如：

为什么说类实例化得到对象实体？

做个比方。类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，只设计出需要什么材料、以怎样的布局和方法建造，但是还并没有实体的建筑存在，能住人吗？那肯定不能。同样类也只是一个设计，实例化出的对象才占用内存空间，能够实际存储数据和使用。

类对象模型

如何计算类对象的大小

问题： 类中既可以有成员变量，又可以有成员函数，那么如何计算一个类的大小？

 class A
 {
 public:
     void PrintA()
     {
         cout<<_a<<endl;
     }
 private:
     char _a;
 };

上面的类实例化一个对象后算得大小为1，说明只存储了成员变量而没有存储成员函数。

类对象的存储方式猜测

对象中包含类的各个成员

缺陷： 每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一函数，如果按照此种方式存储，当一个类创建多个对象时，每个对象中都会保存一份函数代码，相同代码保存多次，浪费空间。那么如何解决呢？

函数代码只保存一份，在对象中存放函数代码的地址

只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段，要找到函数靠编译器自己去找

问题：对于上述三种存储方式，计算机到底是按照哪种方式来存储的？我们再通过对下面的不同对象分别获取大小来分析看下

 // 类中既有成员变量，又有成员函数
 class A1 {
 public:
     void f1(){}
 private:
     int _a;
 };
 // 类中仅有成员函数
 class A2 
 {
 public:
     void f2() {}
 };
 // 类中什么都没有---空类
 class A3
 {
     
 };

用这三个类分别实例化三个对象a1,a2和a3

sizeof(a1) : 4

sizeof(a2) : 1

sizeof(a3) : 1

为什么a2和a3大小会是1呢？这一个字节其实是占位用的，不存储有效数据，只是标识对象存在。 你想想啊，函数代码不在对象内存储，那么按理说A2和A3实例化的对象占用内存应为0，但是这样的话你开辟内存空间不是开了个寂寞吗？而且要是用A2或A3实例化了不止一个对象，那又如何区分这些对象呢（都是0内存的话）？所以说开一个字节的空间来放一个非有效数据来占位就很有必要了。

结论：一个类的大小，实际就是该类中成员变量大小之和，即计算机是按上述的第三种方式存储的。当然要注意内存对齐。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的对象。

类的内存对齐规则

实际上和C语言中结构体的内存对齐规则没有区别，以前的文章讲过所以这里直接复制粘贴过来了。

复习指路链接：[深入浅出C语言]浅析自定义类型（篇一） - 掘金 (juejin.cn)

第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。

其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。注意：对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。 VS中默认的对齐数为8

结构体总大小为：最大对齐数（所有变量类型最大者与默认对齐参数取最小）的整数倍。

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。

以上就是本文全部内容，感谢观看，你的支持就是对我最大的鼓励~

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[C转C++之路]封装、类的实例化和对象模型

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