C++类对象模型、类对象的存储方式、this指针、this指针的引出、this指针的特性、C语言和C++实现Stack的对比等的介绍。

2024-06-17 18:52
文章标签 语言 c++ 实现 指针 特性 介绍 模型 对象 stack 方式 存储 对比 引出

本文主要是介绍C++类对象模型、类对象的存储方式、this指针、this指针的引出、this指针的特性、C语言和C++实现Stack的对比等的介绍。，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 前言
  • 一、C++类对象模型
    • 1. 类对象的存储方式
    • 2. 结构体内存对齐规则
  • 二、this指针
    • 1. this指针的引出
    • 2. this指针的特性
    • 3. C语言和C++实现Stack的对比
  • 总结

前言

C++类对象模型、类对象的存储方式、this指针、this指针的引出、this指针的特性、C语言和C++实现Stack的对比等的介绍。

一、C++类对象模型

1. 类对象的存储方式

只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

#include <iostream>
using namespace std;// 类中包含成员变量和成员函数
class A1
{
public:void f1() {};
private:char _str;int _a;
};// 类中只含有成员函数
class A2
{
public:void f2() {};
};// 空类
class A3
{};int main()
{cout << sizeof(A1) << endl;cout << sizeof(A2) << endl;cout << sizeof(A3) << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

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。

2. 结构体内存对齐规则

  1. 第一个成员在与结构体变量的偏移量为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。
    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 中默认的值为 8。
    - 只有 VS 编译器有默认对齐数，其他编译器上的对齐数就是成员大小。
  3. 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）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。

二、this指针

1. this指针的引出

#include <iostream>
using namespace std;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, d2;d1.Init(2024, 6, 17);d2.Init(2022, 11, 11);d1.Print(); // 2024 6 17d2.Print(); // 2022 11 11return 0;
}
  • 有上述类对象的存储方式可知，成员函数是在公共区域中的，所以d1 和 d2 调用的是同一个函数。
  • 但是打印出的结果是不同的，编译器是如何区分的呢？

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。

  • 简单来说就是，每一个成员函数在调用时，编译器自动传入一个隐藏的this指针，该指针指向调用该函数的对象。函数中对成员变量的操作都是通过该this指针访问的。

在这里插入图片描述

  • 调用函数的大致过程如上：
  • 但是this是一个关键字，是编译器自动完成传参的，不能在形参和实参中显示传递。但是在函数内部可以直接使用。如下：
    在这里插入图片描述

2. 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。

this 指针存放在哪里？

  • this指针本质上是函数的形参，所以this指针存放在栈区中。

this 指针可以为空吗？

  • this 指针可以为空。如下：
#include <iostream>
using namespace std;class A
{
public:void Print(){cout << "Print()" << endl;}
private:int _a;
};int main()
{A* p = nullptr;p->Print();return 0;
}
  • 如上述代码，p为空指针，在调用类A的成员函数时，传入了p，即此时隐藏的this为空指针。
  • 上述代码能成功运行并打印的原因：
    类对象的成员函数是存放在公共区域中的，不存在类内部。并且，成员函数内部并没有访问成员变量，因此没有对this解引用。所以，程序可以成功运行。
#include <iostream>
using namespace std;class A
{
public:void Print(){cout << _a << endl;}
private:int _a;
};int main()
{A* p = nullptr;p->Print();return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 上述代码在调用函数时传入空指针，但成员函数存放在公共区域中，this空指针无影响。
  • 但是 函数内部访问了成员变量，即对this指针进行解引用，所以会报错（空指针解引用，运行时错误）

3. C语言和C++实现Stack的对比

C语言实现Stack

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>#define DEFAULT_CAPACITY 4
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{STDataType* a;int size;int capacity;
}Stack;void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * DEFAULT_CAPACITY);if (ps->a == NULL){perror("StackInit malloc");return;}ps->size = 0;ps->capacity = DEFAULT_CAPACITY;
}void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);free(ps->a);ps->a = NULL;ps->size = 0;ps->capacity = 0;
}void StackCheckCapacity(Stack* ps)
{if (ps->size == ps->capacity){STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, sizeof(STDataType) * (ps->capacity) * 2);if (tmp == NULL){perror("StackCheckCapacity realloc");return;}ps->a = tmp;tmp = NULL;ps->capacity *= 2;}
}void StackPush(Stack* ps, STDataType x)
{assert(ps);StackCheckCapacity(ps);ps->a[ps->size] = x;ps->size++;
}bool StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return (ps->size == 0);}void StackPop(Stack* ps)
{assert(ps && ps->size);ps->size--;
}STDataType StackTop(Stack* ps)
{assert(ps && ps->size);return (ps->a[ps->size - 1]);
}int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->size;
}int main()
{Stack st;StackInit(&st);StackPush(&st, 1);StackPush(&st, 2);StackPush(&st, 3);StackPush(&st, 4);StackPush(&st, 5);printf("%d\n", StackSize(&st));while (!StackEmpty(&st)){printf("%d ", StackTop(&st));StackPop(&st);}printf("\n");printf("%d\n", StackSize(&st));StackDestroy(&st);return 0;
}

在这里插入图片描述

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Stack

#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
public:// 初始化栈void Init(int capacity){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * capacity);if (_a == nullptr){perror("Init malloc");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}// 销毁栈void Destroy(){free(_a);_a = nullptr;_size = 0;_capacity = 0;}// 插入数据void Push(STDataType x){if (_size == _capacity){STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, sizeof(STDataType) * 2 * _capacity);if (tmp == nullptr){perror("Push realloc");return;}_a = tmp;_capacity *= 2;}_a[_size] = x;_size++;}// 判断是否为空bool Empty(){return (_size == 0);}// 出栈顶元素void Pop(){assert(!Empty());_size--;}// 获得栈顶元素STDataType Top(){return _a[_size - 1];}// 获得栈的大小int Size(){return _size;}private:STDataType* _a;int _size;int _capacity;
}Stack;int main()
{Stack st;st.Init(4);st.Push(1);st.Push(2);st.Push(3);st.Push(4);st.Push(5);cout << st.Top() << endl;cout << st.Size() << endl;while (!st.Empty()){cout << st.Top() << " ";st.Pop();}cout << endl;cout << st.Size() << endl;st.Pop();st.Destroy();return 0;
}

在这里插入图片描述

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，C语言中需用用户自己维护。

总结

C++类对象模型、类对象的存储方式、this指针、this指针的引出、this指针的特性、C语言和C++实现Stack的对比等的介绍。

这篇关于C++类对象模型、类对象的存储方式、this指针、this指针的引出、this指针的特性、C语言和C++实现Stack的对比等的介绍。的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


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