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[原创图文] C++面向对象(上)

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发表于 2021-1-6 20:06:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 天象独行 于 2021-1-6 20:27 编辑

c++面向对象(上)
一;类和对象   
1.1;如何定义一个类?
    在C++语言当中,我们可以使用关键字“struct”和“class”来定义。
//struct关键字定义一个类
struct Person
{
               //成员变量
               int m_age;
               //成员函数
               void run() {
                               cout << m_age << " --- > run()" << endl;
               }
};
//class关键字定义一个类
class Person
{
               //成员变量
               int m_age;
               //成员函数
               void run() {
                               cout << m_age << " --- > run()" << endl;
               }
};
    1.2;关键字“struct" 和“class"定义类有什么区别?
    struct关键字定义的成员权限默认为public。
//struct关键字定义一个类
struct Person
{
               //成员变量
               int m_age;
               //成员函数
               void run() {
                               cout << m_age << " --- > run()" << endl;
               }
};
//总结:struct定义的类成员可以被对象/指针任意调用。
int main() {
               //实例化一个类
               Person student;  
               //使用指针来指向对象
               Person* q = &student;
               //调用成员变量
               q->m_age = 10;
               //调用成员函数
               q->run();
}
    class关键字定义的成员权限默认为private。需要手动添加为public:才能被任意调用
//struct关键字定义一个类
class Person
{
public:
               //成员变量
               int m_age;
               //成员函数
               void run() {
                               cout << m_age << " --- > run()" << endl;
               }
};
//总结:struct定义的类成员可以被对象/指针任意调用。
int main() {
               //实例化一个类
               Person student;
               //使用指针来指向对象
               Person* q = &student;
               //调用成员变量
               q->m_age = 10;
               //调用成员函数
               q->run();
}
    1.3;如何实例化对象(创建一个对象)?
    我们可以使用类名+变量名来新建一个对象。
int main() {
               //实例化一个类
               Person student;   // Person是类名,student为变量(对象的名称)。
}
    1.4; 使用指针来指向一个对象
//实例化一个类
Person student;   // Person是类名,student为变量(对象的名称)。
//使用指针来指向对象
Person* p = &student;
     1.5;如何调用类当中的成员?

        1.5.1;使用对象来调用

    使用“.”来调用类当中的成员
int main() {
               //实例化一个类
               Person student;   // Person是类名,student为变量(对象的名称)。
               //调用成员变量
               student.m_age = 1;
               //调用成员函数
               student.run();
               getchar();
               return 0;
}
        1.5.2;使用指针来调用对象当中的成员
int main() {
               //实例化一个类
               Person student;   // Person是类名,student为变量(对象的名称)。
               //使用指针来指向对象
               Person* q = &student;
               //调用成员变量
               q->m_age = 10;
               //调用成员函数
               q->run();
}

二;对象的内存  
      2.1;对象内存大小
     对象的大小本质上取决于类当中的成员成员变量的数量与大小。我们用下面代码来说明。(成员函数在代码段中,没有放入栈空间)
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
               int m_age;
               void run() {
                               cout << m_age << " --- > run()" << endl;
               }
};
int main() {
               Person student;
               Person* q = &student;
               q->m_age = 10;
               q->run();
}
    如上代码当中我们发现在"Person"类当中定义了一个int类型(4字节)的成员变量。接下来,我们来反编译查看一下,详细如下面代码:
14:       Person student;
    15:       Person* q = &student;
00007FF6C845235B  lea         rax,[rbp+4]  //栈空间为对象划分了4字节的空间
00007FF6C845235F  mov         qword ptr [rbp+28h],rax
    现在,我们在“Person”类当中新增一个成员变量int类型。看看接下来栈空间会划分多大的空间。
class Person
{
public:
               int m_age;
               int m_age2;
               void run() {
                               cout << m_age << " --- > run()" << endl;
               }
};
    添加之后,我们发现,栈空间划分了8字节的空间,总结:对象的大小本质上取决于类当中的成员成员变量的数量与大小
15:       Person student;
    16:       Person* q = &student;
00007FF64D70235B  lea         rax,[rbp+8]  
00007FF64D70235F  mov         qword ptr [rbp+28h],rax

   2.2;对象内存的位置
    对象内存存放在数据段(全局区)
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
        int age;
};
Person student; //在函数外创建对象,对象内存在数据段
    对象内存存放在栈空间
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
        int age;
};
int main() {
        Person student; //在函数内创建对象,对象内存在栈空间
}
    对象内存存放在堆空间
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
        int age;
};
int main() {
        Person *p = new Person; //申请一个堆空间,Person类类型对象,对象内存放在堆空间
}
三;THIS   
3.1;this的作用   
    this是什么?在类当中我们经常会看到这么一个关键字。下面我们通过一串代码来理解一下。我们来看一下这个代码它有一个类“Person”。里面有一个方法run()。方法当中是一个输出。其中包含了this这个关键字。在main函数当中,我们实例化了两个对象student,student2。在两个对象当中都对m_age进行了赋值,分别是2,3。
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
               int m_age = 1;
               void run() {
                               cout << "m_age = " << this->m_age << endl;
               }
};
int main() {
               Person student;
               Person student2;
               student.m_age = 2;
               student2.m_age = 3;
               student.run();
               student2.run();
}
    运行代码结果如下图,我们从结果上来看,对象student输出的值和student2输出的值分别为2和3这正是刚刚student.m_age=2,student2.m_age=3的结果。我们现在在来看看类当中的“this->m_age”有什么想法呢?是不是在对象student当中“this->m_age”就等于“student.m_age”,对象student2当中“this->m_age”就等于"student2.m_age"。
    结论:this表示的是当前调用者对象的指针

C++面向对象

C++面向对象
    3.2;this的原理
    现在我们已经知道了this是什么。那么接下来,我们用如下代码来看一下this的原理。它为什么能做到这些。
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
               int m_age = 1;
               void run() {
                               this->m_age = 5;
               }
};
int main() {
               Person student;
               student.run();
}
    我们在“student2.run()”位置设置断点,进行反汇编来查看一下。首先,我们看到如下指令。这是C++语言“student2.run()”对应的汇编代码。我们发现,首先它将student2对象的地址放入了rcx当中。接下来call指令执行地址00007FF677B0147E的函数。
16:  student.run();
00007FF677B01B64  lea         rcx,[rbp+4]  //rbp+4即student对象的地址
00007FF677B01B68  call        00007FF677B0147E
     下面,我们执行f11,进入00007FF677B0147E地址的函数看看发生了什么事情。进入之后,我们发现,00007FF677B0147E地址保存的是一个jmp指令,且该指令跳转的目的地址是Person::run。即类当中的run()方法。
00007FF677B0147E  jmp         Person::run (07FF677B01F50h)
    我们继续单步执行,追踪一下代码,这个时候,我们发现跳转到了类当中的run()函数位置了。如下代码,我们发现首先执行mov 指令将rbp+e0h的位置的值放入rax。然后将数值5放入[rax]当中。由c++代码“this->m_age=5”我们很容易猜测rbp+e0h 就是this的指针。那么,我们来看看rbp+e0h位置存放的内容和对象student2有什么关系呢?
11:                  this->m_age = 5;
00007FF677B01F86  mov         rax,qword ptr [rbp+00000000000000E0h]  
00007FF677B01F8D  mov         dword ptr [rax],5
    我们来回顾一下,之前在"student.run()"代码中,将student对象的地址放入rcx寄存器当中的,那么我们查看如下代码,我们发现rcx寄存器当中的student对象的地址放入了[rsp+8]的位置。我们通过软件查看发现[rsp+8]的值等于[rbp+e0]。到了这里我们知道了this的指针当中保存着是对象student的地址。
10:  void run() {
00007FF677B01F50  mov         qword ptr [rsp+8],rcx
总结:在执行student.run()代码是,将student对象的值保存到寄存器,然后由寄存器压入栈当中,在调用this的时候,会将保存如栈的student对象的地址放入this指针当中。即完成了this表示当前调用者的需求
四;指针访问的本质
    指针通俗的来说是指一段保存着地址的内容空间。那么我们用它来访问数据的本质是什么呢?我们使用下面代码来理解一下。整个代码很简单,类“Person”当中定义了三个成员变量,在main函数当中实例化一个对象且使用指针来访问成员变量并赋值。
class Person
{
public:
               int m_age1;
               int m_age2;
               int m_age3;
};
int main() {
               Person student;
               Person* p = &student;
               p->m_age1 = 1;
               p->m_age2 = 2;
               p->m_age3 = 3;
}
    我们反汇编来查看一下。
12:  Person student;
    13:  Person* p = &student;
00007FF7EBCC1F8B  lea         rax,[rbp+8]                  //student对象地址放入rax寄存器当中
00007FF7EBCC1F8F  mov         qword ptr [rbp+38h],rax      //student对象地址放入[rbp+38h]地址当中。rbp+38为指针P 
    14:  p->m_age1 = 1;
00007FF7EBCC1F93  mov         rax,qword ptr [rbp+38h]      //将student对象地址放入rax寄存器当中,此时[rax]=student地址
00007FF7EBCC1F97  mov         dword ptr [rax],1            //将1赋值给m_age1
    15:  p->m_age2 = 2;
00007FF7EBCC1F9D  mov         rax,qword ptr [rbp+38h]  
00007FF7EBCC1FA1  mov         dword ptr [rax+4],2          //将2赋值给m_age2
    16:  p->m_age3 = 3;
00007FF7EBCC1FA8  mov         rax,qword ptr [rbp+38h]  
00007FF7EBCC1FAC  mov         dword ptr [rax+8],3          //将3赋值给m_age3

总结:首先,我们必须知道第一个成员变量m_age1的地址等同于student对象的地址(即偏移量为0),那么m_age2的地址=m_age1+4(因为m_age1成员变量类型为int,即占用4字节空间,所以m_age2的偏移量等于4)。指针就是通过student对象的地址为初始地址,以成员变量的数据类型为偏移量来搜索所有的成员变量并且赋值的。
五;封装
    封装是一个什么样的概念呢?上文我们提到使用关键字"class"来定义一个类,它默认的权限是private。这个时候其中的成员变量是没有办法被实例化后的对象访问的。这个时候我们在类当中提供public的方法(可以在方法中加入参数限定条件)来访问成员变量。这样的操作我们称之为封装。下面,我们用一段代码体会一下。代码中使用的是calss关键字定义。所以直接实例化对象之后没有办法调用成员变量。所以类当中写入了两个函数用来提供传参和查看的功能。
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
        int m_age1;
public:
        void setAge(int age) {
                if (age <= 0) {
                        m_age1 = 1;
                }
                else
                {
                        this->m_age1 = age;
                }
        }
        int  getAge() {
                return m_age1;
        }
};
int main() {
        Person student;
        Person* p = &student;
        p->setAge(100); //通过成员函数setAge()给成员变量m_age1输入值。查看是否能传输
        cout << p->getAge() << endl;

        p->setAge(-100); //通过成员函数setAge()给成员变量m_age1输入值。查看是否能传输,且是否有判定功能。
        cout << p->getAge() << endl;

}

六;内存空间
    首先,我们每一个程序使用的空间都是一个连续的一维的空间地址,在32bit操作系统当中,每个程序都占有4GB的运行空间。(注意:这里的空间地址是虚拟地址)那么,在这样虚拟空间当中具有哪几个部分呢?一般具有如下几个区域:代码段,数据段,栈空间,堆空间。
    代码段:存放代码的位置。
    数据段:保存数据,比如全局变量等。
    栈空间:特殊的保存数据的内存空间,遵寻先入后出原则。常常用来调用一个函数时分配一段连续的空间来保存局部变量。
    堆空间:程序主动申请和释放的空间。
七;堆空间
    堆空间的特点是可以自由的控制内存的生命周期,大小。也就是说,堆空间的申请和释放都需要主动操作,程序不会自动完成。
    7.1;malloc/free申请堆空间/释放堆空间
    那么,我们该如何去申请堆空间呢?在C++代码可以使用“malloc”来申请堆空间,注意该函数的返回值是请求堆空间的首地址。详细如下
malloc(4) //malloc函数申请了4个字节的连续的堆空间,并且将第一个字节的地址返回
    堆空间申请完成,接下来,我们给如何利用了。正常我们需要使用指针来使用堆空间。现在我们还要思考一个问题就是,我们该如何的定义指针的类型。malloc(4)将四个字节的空间取出来,至于我们将它如何看待,是int类型,还是char类型,取决于我们怎么思考。但是,我们需要强转换一下。详细如下:
int *p = (int *)malloc(4) //我们需要将申请的堆空间看作int类型数据,那么使用"(int *)"来强制转换。放入int 类型指针。
     下面,我们在思考一个问题,我们知道char 类型是占用一个字节,那么“char *p = (char *)malloc(4)”会是一个什么样的情况呢?我们接下来输入“*p = 10”又会是一个什么样的光景呢?
    解答上面问题,我们先思考一下malloc(4)为我们申请了四个字节的空间,现在我们需要将他当成char类型来使用,那么等同于我申请了4个char类型的数据。在来回顾一下,malloc返回了第一个字节的地址。那么“*p = 10”实际上是将“10”放入了第一个字节当中。
接下来是,余下的三个字节我们该怎么使用呢?还记得上文“四;指针访问的本质”这个章节嘛?是的,我们可以通过偏移量来访问下面的三个字节。如下代码说明:
char *p = (char *)malloc(4)
*p = 10 //第一个字节赋值10
*(p+1) = 11 //第二个字节赋值11
*(p+2) = 12 //第三个字节赋值12
*(p+3) = 13 //第四个字节赋值13

//其他字节访问的另一种写入手法
p[0] = 10 //第一个字节赋值10
p[1] = 11 //第二个字节赋值11
p[2] = 12 //第三个字节赋值12
p[3] = 13 //第四个字节赋值13
    之前我们提到,堆空间的释放是不会由程序自动执行的,需要我们使用free()来执行操作。详细如下:
int *p = (int *)malloc(4) //申请堆空间
free(p) //释放堆空间
    7.2;new/delete申请和释放堆空间
    new,delete两个函数配套使用的申请和释放堆空间的函数,操作方法如下:
    注意:new和delete,new [] 和 delete[] 不能交互使用。
int* r = new int; //申请一个int类型的堆空间
*r = 10;
delete r; //删除堆空间

int* f = new int[4]; //申请四个int类型的堆空间
*f = 10;
delete[] f; //删除堆空间
八;构造函数
    构造函数是指在对象创建的时候自动调用的函数,一般用于初始化操作。构造函数与类名相同,无返回值(无须void),可以由参数,支持重载。详细如下:
    8.1;无参数构造函数
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
        int age;
        Person() {  //构造函数
                age = 1;
        }
};
int main() {
        Person* p = new Person;
        cout << p->age << endl;  //输出成员变量age的值,发现在创建对象的过程中,自动调用构造函数给age进行赋值

}
    8.2;有参数构造函数
    那么,如果我们希望初始化的值由我创建过程中设定,该如何处理呢?请用下面代码理解
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
        int age = 0;
        Person(int age) {    //构造函数允许传参
                this->age = age;
        }
        void display() {
                cout << this->age << endl;
        }
};
int main() {
        Person student(20); //创建对象过程中输入参数
        student.display();
}



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