C++: 类（上）

简介
1、C++中可以使用struct、class来定义一个类
2、 struct和class的区别：

• struct修饰的类默认成员权限是public
• class修饰的类默认成员权限是private

/// struct修饰
struct Person {
    int m_id;
    int m_age;
    int m_height;
    void run() {
        cout << "Person: run()" << endl;
        cout << "person.m_id" << m_id << endl;
        cout << "person.m_age" << m_age << endl;
        cout << "person.m_height" << m_height  << endl;
    }
};
/// class修饰
class Person {
    int m_id;
    int m_age;
    int m_height;
    void run() {
        cout << "Person: run()" << endl;
        cout << "person.m_id" << m_id << endl;
        cout << "person.m_age" << m_age << endl;
        cout << "person.m_height" << m_height  << endl;
    }
};

3、如何创建对象和访问类的成员

/// 方式一：直接创建，通过对象访问
int main(int argc, const char * argv[]) {
    Person person; /// 在栈空间分配了内存给person，不需要手动释放内存
    person.m_id = 10;
    person.m_age = 10;
    person.m_height = 30;
    person.run();
    cout << person.m_age << endl;
    cout << person.m_height << endl;
    
    return 0;
}
/// 方式二：new创建，通过指针访问
int main(int argc, const char * argv[]) {
    Person *pPerson = new Person();
    pPerson->m_height = 30;
    pPerson->m_age = 10;
    pPerson->run();
    cout << pPerson->m_age << endl;
    cout << pPerson->m_height << endl;

    delete person;
    return 0;
}
/// 方式三：malloc创建，通过指针访问
int main(int argc, const char * argv[]) {
    Person *pPerson = (Person *)malloc(sizeof(Person));
    pPerson->m_height = "jack";
    pPerson->m_age = 10;
    pPerson->run();
    cout << pPerson->m_height << endl;
    cout << pPerson->m_age << endl;
    free(pPerson);
    return 0;
}

注意：上述代码中，person对象和pPerson指针都是存在栈空间，由系统自动分配内存和释放；而new、malloc出来的person对象在堆中，需要手动释放，new对应delete，malloc对应free，两者不能互换。
4、对象的内存布局
思考：如果类中有多个成员变量，对象的内存是如何分布的？

int main(int argc, const char * argv[]) {
    Person person;
    person.m_id = 1;
    person.m_age = 2;
    person.m_height = 3;

    cout << &person << endl;  /// 0x7ffeefbff510
    cout << &person.m_id << endl;  /// 0x7ffeefbff510
    cout << &person.m_age << endl; /// 0x7ffeefbff514
    cout << &person.m_height << endl;  /// 0x7ffeefbff518
    cout << sizeof(person) << endl;  /// 12
    
    getchar();
    return 0;
}

由打印结果可知：对象的内存大小由类中的成员变量的所占大小决定，内存分布按着成员变量的先后顺序依次增大，且对象的地址值与首成员变量的地址值一样

思考：如下代码，最后打印出来的结果是什么

int main(int argc, const char * argv[]) {
    Person person;
    person.m_id = 1;
    person.m_age = 2;
    person.m_height = 3;
    
    Person *pPerson = (Person *)&person.m_age;
    pPerson->m_id = 30;
    pPerson->m_age = 40;
    
    person.run(); /// 结果：m_id=1，m_age=30，m_height=40
    
    getchar();
    return 0;
}

内存布局图.png

由内存分析图：

• &person = &person.m_id，&person + 4 = &person.m_age， &person + 8 = &person.m_height，即类中成员变量的内存地址是连续且递增的
• pPerson指针指向person.m_age的内存地址，即创建的person对象地址值即为person.m_age的地址值，pPerson对对象的m_id赋值就相当于修改了原person对象的m_age内存地址所存储的值，即是m_age的值，同理为pPerson->m_age赋值就是修改原person对象的m_height内存地址所存储的值
• 由上可知，指针访问对象成员的本质就是（对象的地址加上偏移0或者上一个成员变量所占内存的大小）所指向的内存

5、this

• this是指向当前对象的指针
• 对象在调用成员函数的时候，会自动传入当前对象的内存地址
• this访问成员变量只能通过this->m_id访问，不能使用this.m_id
• 成员函数内部可以省略this

class Person {
    int m_id;
    int m_age;
    int m_height;
    void run() {
        cout << "Person: run()" << endl;
        cout << "person.m_id" << m_id << endl; /// this->m_id可以省略this
        cout << "person.m_age" << m_age << endl; /// this->m_age可以省略this
        cout << "person.m_height" << m_height  << endl; /// this->m_height可以省略this
    }
};

6、C++中的封装
体现是成员变量私有化，提供公共的getter和setter给外界取访问成员变量

class Person {
    int m_age;

 public:
    int getAge() {
        return this->m_age;
    }
    
    void setAge(int age) {
        this->m_age = age;
    }
};

7、内存空间的布局
每个应用都有自己独立的内存空间，其内存空间一般都有以下几大区域

• 代码段(代码区)
  用于存放代码
• 数据段(全局区)
  用于存放全局变量等
• 栈空间
  每调用一个函数就会给它分配一段连续的栈空间，等函数调用完毕后会自动回收这段栈空间
  特点：自动分配和回收
• 堆空间
  需要主动去申请和释放

堆空间

• 在程序运行过程，为了能够自由控制内存的生命周期、大小，会经常使用堆空间的内存
• 堆空间的申请\释放
  malloc \ free
new \ delete
new[] \ delete[]
• 堆空间申请成功后，会返回那一段内存空间的地址
• 申请和释放必须是1对1的关系，不然可能会存在内存泄露

堆空间的初始化

堆空间的初始化.png

memset函数是将较大的数据结构(比如对象、数组等)内存清零的比较快的方法

int main(int argc, const char * argv[]) {
    Person peron;
    peron.m_id = 1;
    peron.m_age = 2;
    peron.m_height = 3;
    memset(&peron, 0, sizeof(peron));

    Person persons[] = { {1, 2, 43}, {3, 4, 5}, {12, 32, 45} };
    memset(persons, 0, sizeof(persons));

    return 0;
}

对象的内存
对象的内存可以存储于3种地方：

• 全局区
• 栈区
• 堆区

Person g_person; /// 全局区
int main(int argc, const char * argv[]) {
    Person person; /// 栈区
    Person *pPerson = new Person; /// 堆空间
    return 0;
}