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// public int b; // public private: int c; // private int d; // private public: int e; // public }; // 类结束默认访问权限class默认是privatestruct默认是public为了兼容C语言编译时检查访问权限只在编译阶段检查运行时没有任何区别二、封装面向对象的黑箱哲学什么是封装封装数据操作数据的方法访问控制对应成员变量成员函数访问限定符封装就是我们来造一个完整的类用一句话概括“隐藏实现细节只暴露必要的接口”现实世界的封装例子电脑的封装隐藏的CPU如何运算、内存如何管理、硬盘如何存储暴露的开机按钮、USB接口、显示器、键盘鼠标汽车的封装隐藏的发动机工作原理、变速箱机制、燃油喷射系统暴露的方向盘、油门、刹车、仪表盘用户管他那么多只管用就完了(使用但不考虑底层)代码示例没有封装 vs 有封装没有封装的糟糕设计// 糟糕所有数据都是public的 class Person { public: string name; int age; double salary; }; // 使用时可以直接修改可能出现不合理的数据 Person p; p.age -5; // 年龄可以是负数不合理 p.salary 100000; // 随便设置薪水不安全甚至在一个项目中的同事都有可能无意间改造了你的代码数据!这将导致你遭到无比严峻的惩罚良好的封装设计class Person { private: string name; int age; double salary; public: // 通过公共方法来访问和修改数据 void setAge(int newAge) { if (newAge 0 newAge 150) { // 数据验证 age newAge; } else { cout 无效的年龄 endl; } } void setSalary(double newSalary, bool isAdmin) { if (isAdmin) { // 权限检查 salary newSalary; } else { cout 无权修改薪水 endl; } } int getAge() const { return age; } string getName() const { return name; } // 注意没有提供getSalary()薪水信息对外隐藏 }; // 使用封装后的类 Person p; p.setAge(25); // 正确 p.setAge(-5); // 会被拒绝并提示错误 p.setSalary(50000, false); // 无权限操作被拒绝通过public方法来限制和管理用户访问数据的方式。如果你是游戏玩家你大概也会像我一样梦想着通过修改游戏货币来获得自己想要的角色和皮肤。可惜我们的游戏货币大概是private变量而游戏公司没给我们public的方法。三、封装带来的巨大好处1. 数据保护class BankAccount { private: double balance; public: void withdraw(double amount) { if (amount balance) { // 防止透支 balance - amount; } } };2. 实现灵活性class DataStorage { private: // 内部实现可以随时改变不影响外部使用者 vectorint data; // 今天用vector // 明天可以改成 mapint, int 或其他结构 public: void addData(int value) { data.push_back(value); } int getData(int index) { return data[index]; } };3. 易于维护当需要修改验证逻辑时只需要在一个地方修改void setAge(int newAge) { // 只需要在这里修改验证规则 if (newAge 0 newAge 120) { // 从150改为120 age newAge; } }4. 降低复杂度使用者不需要了解内部实现只需要知道接口怎么用// 使用者只需要知道 calculator.add(5, 3); // 结果是8 // 不需要知道 // - 是用CPU加法器实现的 // - 还是用位运算实现的 // - 有没有缓存机制节省了使用者的精力我们的软件因此更好用。四、封装的最佳实践1. 数据成员通常设为privateclass GoodDesign { private: int importantData; // 数据隐藏 public: // 通过方法访问 };2. 提供完整的Get/Set方法class Rectangle { private: double width; double height; public: double getWidth() const { return width; } void setWidth(double w) { if (w 0) width w; } double getHeight() const { return height; } void setHeight(double h) { if (h 0) height h; } // 提供有意义的业务方法而不仅仅是Get/Set double getArea() const { return width * height; } };这一点我们在所有面向对象的语言中都很常见例如java也通过类似的方式访问3. 构造函数初始化class Student { private: string name; int id; public: // 通过构造函数确保对象始终处于有效状态 Student(const string n, int i) : name(n), id(i) { // 可以在构造函数中进行验证 } };第五个重要问题类的实例化与对象模型——从蓝图到实体通过前面的学习我们已经知道如何设计蓝图类现在让我们看看如何把蓝图变成实体对象以及这些实体在内存中是如何存储的。一、类的实例化从蓝图到建筑什么是实例化类的实例化就是用类类型创建对象的过程。**生动的比喻**实例化就是我们按照类的定义这个建筑图纸来创建一个实际的类对象一栋实际的房子关键理解类本身不占空间class Person { public: void introduce() { cout 我叫 name 今年 age 岁 endl; } private: string name; int age; }; int main() { // 错误类本身没有空间不能直接访问成员 // Person::age 100; // 编译错误 // 正确必须先实例化对象 Person p1; // 创建第一个Person对象 Person p2; // 创建第二个Person对象 return 0; }重要结论类 设计图不占内存空间对象 实际建筑占用物理内存必须先实例化才能使用二、类对象模型对象在内存中的秘密当我们创建一个对象时它到底包含什么成员变量和成员函数是如何存储的三种可能的存储方式方式1对象包含所有成员变量函数对象A: [变量_a] [函数PrintA代码] 对象B: [变量_b] [函数PrintA代码] ← 重复存储浪费空间方式2对象包含变量和函数指针对象A: [变量_a] [指向PrintA的指针] 对象B: [变量_b] [指向PrintA的指针] ← 还是有多余的指针方式3对象只包含变量函数在代码区对象A: [变量_a] 对象B: [变量_b] 代码区: [PrintA函数代码] ← 只有一份所有对象共享真相验证通过sizeof来探究让我们用代码来验证计算机到底采用哪种方式#include iostream using namespace std; // 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() {} }; // 空类 class A3 {}; int main() { cout sizeof(A1): sizeof(A1) endl; // 输出多少 cout sizeof(A2): sizeof(A2) endl; // 输出多少 cout sizeof(A3): sizeof(A3) endl; // 输出多少 return 0; }运行结果sizeof(A1): 4 // 只有一个int成员变量 sizeof(A2): 1 // 没有成员变量但空类不能为0 sizeof(A3): 1 // 空类重要结论对象只存储成员变量成员函数存放在公共的代码段空类大小为1字节为了确保每个对象在内存中有唯一的地址计算类大小 所有成员变量大小之和考虑内存对齐三、结构体内存对齐规则为什么sizeof(A1)是4而不是其他值这就涉及到内存对齐。为什么要内存对齐性能优化CPU读取对齐的数据更快硬件要求某些架构要求数据必须对齐访问对齐规则重要第一个成员在结构体偏移量0处其他成员要对齐到min(成员大小, 编译器默认对齐数)的整数倍地址VS默认对齐数 8Linux通常没有默认对齐数按成员自身大小对齐结构体总大小 最大对齐数的整数倍嵌套结构体对齐到嵌套结构体自身最大对齐数的整数倍实战分析struct Example1 { char a; // 1字节偏移0 int b; // 4字节对齐到4的倍数偏移4 double c; // 8字节对齐到8的倍数偏移8 // 总大小8(c) 8 16是8的倍数 ✓ }; // sizeof(Example1) 16 struct Example2 { int a; // 4字节偏移0 char b; // 1字节偏移4 short c; // 2字节对齐到2的倍数 // 总大小4127但要是4的倍数 → 8 }; // sizeof(Example2) 8 struct Example3 { char a; // 1字节偏移0 // 填充3字节 int b; // 4字节偏移4 char c; // 1字节偏移8 // 填充7字节因为嵌套结构体最大对齐数是8 struct Inner { double d; // 8字节 } inner; }; // sizeof(Example3) 24关于这一知识点的重要问题1. 结构体怎么对齐为什么要进行内存对齐对齐方法按成员声明顺序依次放置每个成员对齐到特定边界最后补齐到最大对齐数的整数倍对齐原因性能对齐后CPU可以用更少的周期读取数据移植性避免在不同平台出现兼容性问题硬件限制某些CPU无法访问未对齐的内存2. 如何指定对齐参数// 指定按4字节对齐 #pragma pack(4) struct AlignedStruct { char a; // 1字节 int b; // 4字节现在按4对齐而不是8 double c; // 8字节但受pack(4)影响按4对齐 }; #pragma pack() // 恢复默认对齐 // C11方式 struct alignas(8) MyStruct { int a; char b; };注意不能任意对齐如3、5字节必须是2的幂次方。3. 大小端问题什么是大小端大端模式高位字节存储在低地址人类阅读顺序小端模式低位字节存储在低地址Intel/ARM常用测试方法#include iostream using namespace std; void checkEndian() { int num 0x12345678;//从左往右字节越来越低 char* ptr (char*)num//强制按字节访问我们的整形 if (*ptr 0x78) { cout 小端模式 endl; // 78在低地址 } else { cout 大端模式 endl; // 12在低地址 } }需要考虑大小端的场景网络编程网络字节序是大端需要htonl/ntohl转换文件格式某些文件格式指定了字节序硬件交互与特定硬件设备通信时跨平台数据交换不同架构的系统间传输数据底层对齐层面内存对齐提升性能大小端影响本讲数据存储最后一个重要问题this指针——对象的自我认知通过前面的学习我们已经知道如何定义类、创建对象但有一个关键问题当多个对象调用同一个成员函数时函数如何知道自己在操作哪个对象这就是this指针要解决的核心问题一、this指针的引出对象身份的困惑问题场景class Date { public: void Init(int year, int month, int day) { _year year; // 问题这个_year属于哪个对象 _month month; // d1的month还是d2的month _day day; } void Print() { cout _year - _month - _day endl; } private: int _year; int _month; int _day; }; int main() { Date d1, d2; d1.Init(2022, 1, 11); // 设置d1的日期 d2.Init(2022, 1, 12); // 设置d2的日期 d1.Print(); // 打印d1 d2.Print(); // 打印d2 return 0; }关键问题同一个Init函数如何知道现在是要初始化d1还是d2二、this指针的真相编译器的额外处理编译器在背后做了什么实际上编译器把我们的成员函数翻译成了这样// 我们写的 void Init(int year, int month, int day) { _year year; _month month; _day day; } // 编译器处理的 void Init(Date* this, int year, int month, int day) { this-_year year; this-_month month; this-_day day; } // 调用时 d1.Init(2022, 1, 11); // 被编译器转换为 Init(d1, 2022, 1, 11); // 传递d1的地址作为第一个参数显式使用this指针虽然编译器自动处理但我们也可以显式使用class Date { public: void Init(int year, int month, int day) { this-_year year; // 显式使用this this-_month month; this-_day day; } // 更常见的用途解决命名冲突 void SetDate(int _year, int _month, int _day) { this-_year _year; // this-_year是成员变量 this-_month _month; // _month是参数 this-_day _day; } // 返回对象自身的引用支持链式调用 Date addYear(int years) { this-_year years; return *this; // 返回当前对象 } Date addMonth(int months) { this-_month months; return *this; } private: int _year, _month, _day; }; // 链式调用 Date d; d.addYear(1).addMonth(2); // 连续操作三、this指针的特性1. 类型和不可变性class MyClass { public: void example() { // this的类型是MyClass* const // 意味着this本身是常量指针不能修改this指向别的地址 // this nullptr; // 错误不能修改this指针本身 } };2. 作用域限制class MyClass { public: void memberFunction() { cout this endl; // 正确在成员函数内使用 } private: // int* ptr this; // 错误不能在类定义中直接使用 }; void externalFunction() { // cout this endl; // 错误不能在非成员函数中使用 }3. 存储位置和传递方式// this指针是函数的形参不是对象的一部分 class Empty { // 空类没有成员变量 }; void demo() { Empty e; // e对象中不包含this指针 // this指针在调用成员函数时通过寄存器(如ecx)传递 }四、关键问题解析问题1this指针存在哪里答案this指针是成员函数的形参存在于函数调用的栈帧中或者通过寄存器传递。class Test { public: void func() { /* 这个函数实际是void func(Test* this) */ } }; // 调用时 Test obj; obj.func(); // 实际传递func(obj)可以理解为this指针并不存在对象中只有在调用时他才会作为形参出现存在栈帧中的特定位置调用结束又随着函数栈帧销毁消除了问题2this指针可以为空吗案例1正常运行class A { public: void Print() { cout Print() endl; // 没有访问成员变量 } private: int _a; }; int main() { A* p nullptr; p-Print(); // 正常运行 return 0; }分析没有访问成员变量不涉及this解引用所以安全。案例2运行崩溃class A { public: void PrintA() { cout _a endl; // 访问成员变量 ⇐ 这里会崩溃 } private: int _a; }; int main() { A* p nullptr; p-PrintA(); // 运行崩溃 return 0; }分析访问_a相当于this-_a而this是nullptr解引用空指针导致崩溃。重要结论this指针可以为空但只要不通过空this指针访问成员变量/虚函数程序就不会崩溃这是一种未定义行为要避免感谢你能够阅读到这里如果本篇文章对你有帮助欢迎点赞收藏支持关注我 我将更新更多有关CLinux系统·网络部分的知识。