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发布时间:2024年01月22日
前言:
本章知识点: 类对象模型、 this 指针
专栏: C++初阶

目录

类对象模型

如何计算类对象的大小

类对象的存储方式猜测

结构体内存对齐规则

this指针

this指针的引出

this指针的特性

C语言和C++实现Stack的对比

C语言实现

C++实现


类对象模型

如何计算类对象的大小

代码演示

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;

	cout<< sizeof(Date)<<endl;//?
	cout << sizeof(d1) << endl;//?
}

? ? ? ? Date类实例化了一个d1对象,分别求出它们占用的字节大小,是多少?

为什么结果都是12?

解析:对于Date来说,它也是一个数据类型,那么算类型大小,就是算这个类型的对象,实例化出来有多大。

????????所以说,sizeof(类名),就相当于算该类的实例化对象有多大,即算类的大小就是算对象的大小。

???????

问题:类中既可以有成员变量,又可以有成员函数,那么一个类的对象中包含了什么?如何计算一个类的大小?看下文。

类对象的存储方式猜测

  • 设计方式一: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,但是调用同一份函数,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代码,相同代码保存多次,浪费空间。
那么如何解决呢?
?
  • ?设计方式二:代码只保存一份,在对象中保存存放代码的地址

  • ?设计方式三:只保存成员变量,成员函数存放在公共的代码段

问题:对于上述三种存储方式,那计算机到底是按照那种方式来存储的?
采用方式三,两种证明思路
????????思路一:对于猜测一,再重新看上面的代码,右击打开反汇编
? ? ? ?由d1和d2两个不同的对象分别调用Init()和Print(),可以右边汇编代码看到 红色(Init)蓝色(Print)框里面的值(地址值)分别对应相等,说明什么?说明不同对象在调用同一个类里的同一个成员函数,它们调用的都是同一个函数,这个函数位于 公共的代码区域
? ? ? ?
? ? ? ? 思路二对于猜测二,还有另一种为什么对象采用第三种设计方式,我的理解是:
? ? ? ? 但是结果是12,所以成员函数,并不在对象中存储,而是存储在 公共代码区
我们再通过对下面的不同对象分别获取大小来分析看下
//类中有成员变量和成员函数
class A1
{
public:
	 void f1() {}
private:
	 char _ch;
	 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
{
};

int main()
{
//变量定义的特点就是开空间
	A1 a1;
	A2 a2;
	A3 a3;

	cout << sizeof(a1) << endl;//8
	//分配1byte,不存储数据,只是占位,表示对象存在过
	cout << sizeof(a2) << endl;//1
	cout << sizeof(a3) << endl;//1
}

? ? ? ? 通过sizeof操作符算出三个对象的大小,a1大小为8 byte,a2为1 byte,a3为1 byte。

结论:一个类的大小,实际就是该类中”成员变量”之和,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

结构体内存对齐规则

1. 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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)

C语言内存对齐详解:结构体内存对齐

【面试题】
1. 结构体怎么对齐? 为什么要进行内存对齐?
2. 如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐?能否按照3、4、5即任意字节对齐?
3. 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

this指针

this指针的引出

我们先来定义一个日期类 Date

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;//实例化d1对象
	d1.Init(2023,8,24);//设置d1的日期
	d1.Print();//打印d1的日期

	Date d2;//实例化d2对象
	d2.Init(2024,7,4);//设置d2的日期
	d2.Print();//打印d2的日期
	
	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。

???????

????????也就是说,编译器会在编译时进行处理,在传参的时候,在原本函数的第一个参数的前面添加一个地址作为新的参数

?

需注意的是:this在实参和形参位置不能显示写

?

但是在类里面是可以显示着用,这个this指针,可以写,可以不写,如果不写编译器会自动帮忙完成。

?

????????这样看来,this指针实际上是用来接收类实例化之后的对象的地址,可以理解为this指向了当前调用的对象。

?

????????不同的域里面的this值是否相等,取决于是否是由同一个对象调用的。不同域内的this不是同一个变量,是形参,地址值可以一样,因为此时指向了当前调用的对象。

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

【面试题】

?咱们之前都是先实例化对象,然后取对象的地址传给this指针,那我现在直接定义一个指针呢?

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

class A
{
public:
     void Print()
     {
        cout << "Print()" << endl;
     }
private:
     int _a;
};
int main()
{
     A* p = nullptr;//对象的地址为nullptr
     p->Print();
     return 0;
}

答案:C

解析:首先要搞清楚一件事情,对空指针解引用不会报编译错误。那这里的意思p->Print(),是对空指针p解引用的意思吗?它不会运行崩溃吗?看下文。

????????我们知道:在C++中,如果?p?是一个指向结构体类类型的指针(比如?struct S *p;,其中?S?有一个成员变量?a),那么?p->a?实际上是等价于?(*p).a。这里的?*p?先对指针?p?进行解引用得到结构体或类对象,然后通过.运算符来访问该对象的成员变量?a

????????但是以下情况不同,这个Print()函数位于公共代码区域,p->print()仅仅只是在传递地址值给this指针接收,中间没有解引用操作。

那么怎么才是解引用呢?

????????140行才属于解引用操作。首先138行的Print()成员函数不在对象里面,类对象里面只有成员变量。 我们看以上代码可以知道,p指针指向了一个对象的地址,那我 *p本质是先拿到这个对象,才能访问里面的成员变量。但p指向的对象的地址是一个空的地址(所以*p这一步正常来说会引发错误),但由于编译器的优化,没出现错误。

那怎么才会出现错误呢?

接下来再考一题.

2.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

class A
{ 
public:
 ? ?void PrintA() 
 ? {
 ? ? ? ?cout<<_a<<endl;//相当于this->_a
 ? }
private:
 int _a;
};
int main()
{
 ? ?A* p = nullptr;
 ? ?p->PrintA();
 ? ?return 0;
}

答案:B

解析:由上面的第1题我们可知,this->_a,其实是p->_a,就相当于(*p)._a

对空指针p解引用并打印对象里的成员变量_a,引发程序崩溃。

3. this指针存在哪里?
this存在对象里面? 这是错误的
那它存在哪个区呢?栈 堆 静态区 常量区
this是一个形参,一般是存在栈帧里面vs下面一般会用ecx寄存器直接传递,所以存在栈区
4.this指针可以为空吗?

可以.

C语言和C++实现Stack的对比

C语言实现

可以看到,在用C语言实现时,Stack相关操作函数有以下共性:
  • 每个函数的第一个参数都是Stack*
  • 函数中必须要对第一个参数检测,因为该参数可能会为NULL
  • 函数中都是通过Stack*参数操作栈的
  • 调用时必须传递Stack结构体变量的地址
结构体中只能定义存放数据的结构,操作数据的方法不能放在结构体中,即数据和操作数据
的方式是分离开的
,而且实现上相当复杂一点,涉及到大量指针操作,稍不注意可能就会出
错。

C++实现

????????C++中通过类可以将 数据 以及 操作数据的方法 进行完美结合,通过访问权限可以控制那些方法在 类外可以被调用,即封装,在使用时就像使用自己的成员一样,更符合人类对一件事物的认知。
????????而且每个方法不需要传递Stack*的参数了,编译器编译之后该参数会自动还原,即C++中 Stack * 参数是编译器维护的(this指针),C语言中需用用户自己维护

本章完。

🔧本文修改次数:0

🧭更新时间:2024年1月22日

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_65186652/article/details/135716000
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