7.2 类对象的存储方式

(1) 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？

(2) 代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址

如果按照这种方式存储，那么当一个类创建多个对象的时候，每个对象都要保存一份函数表，也不是最优的设计方式。

(3) 只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

我们可以通过下面的例子来验证我们的结论：

这里我们可以发现当类中仅有成员函数或者是一个空类时，类的大小是1，那么我们可以初步猜想类中的成员函数是不被纳入类的大小所占的空间的。所以类中只存储了成员变量的地址，而并没有存储成员方法的地址。这里我们就可以显而易见的得出结论：类对象的存储方式是类中只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段。

💕 那么为什么空类的大小是1而不是0呢？

其实这是因为当我们使用一个空类实例化对象时，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类。占位，不存储有效数据，标识对象存在。

7.3 结构体内存对齐规则

• 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
• 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。
  注意：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
• 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。
• 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

【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。

如果大家对以上三道题目还不是很理解的话可以看我之前的一篇博客【自定义类型详解】。

8. this指针

8.1 this指针的引出

首先我们先来定义一个日期类 Date

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。

class Date
{
public:void Init(Date*const this,int year, int month, int day){this->_year = year;this->_month = month;this->_day = day;}void Print(){cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" << this->_day << endl;}private:int _year; // 年int _month; // 月int _day; // 日
};
int main()
{Date d1,d2;d1.Init(&d1,2022, 2, 2);d1.Print();d2.Init(&d2,2023, 2, 3);d2.Print();return 0;
}

8.2 this指针的特性

• this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
• 只能在“成员函数”的内部使用。
• 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。
• 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】

1. this指针存在哪里？

this指针一般在非静态的成员函数的函数栈帧里面，而VS是通过ecx寄存器来传递的，以便提高效率。

2. this指针可以为空吗？

下面我们先来看一段代码：

// 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;p->Print();return 0;
}

这段代码是可以运行成功的，虽然说空指针p访问了成员函数Print，但是成员函数并不在对象中，而是在公共的代码段中，所以编译器并不会通过对象去访问成员函数，也就不存在对空指针p的解引用。

下面我们再来看另外一段代码：

// 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 PrintA(){cout << _a << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->PrintA();return 0;
}

这里我们发现程序运行会发生奔溃，这是因为在Print内部，使用this指针解引用了_a， 而此处的对象是一个空指针，就引发了空指针的解引用。

所以，this指针作为参数传递的时候是可以为空的，但是如果成员函数内部使用到了this指针，那就会造成空指针的解引用。

9. C语言和C++实现Stack的对比

1. C语言实现

typedef int DataType;
typedef struct Stack
{DataType* array;int capacity;int size;
}Stack;
void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);if (NULL == ps->array){assert(0);return;}ps->capacity = 3;ps->size = 0;
}
void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);if (ps->array){free(ps->array);ps->array = NULL;ps->capacity = 0;ps->size = 0;}
}
void CheckCapacity(Stack* ps)
{if (ps->size == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity * 2;DataType* temp = (DataType*)realloc(ps->array,newcapacity * sizeof(DataType));if (temp == NULL){perror("realloc申请空间失败!!!");return;}ps->array = temp;ps->capacity = newcapacity;}
}
void StackPush(Stack* ps, DataType data)
{assert(ps);CheckCapacity(ps);ps->array[ps->size] = data;ps->size++;
}
int StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return 0 == ps->size;
}
void StackPop(Stack* ps)
{if (StackEmpty(ps))return;ps->size--;
}
DataType StackTop(Stack* ps)
{assert(!StackEmpty(ps));return ps->array[ps->size - 1];
}
int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->size;
}int main()
{Stack s;StackInit(&s);StackPush(&s, 1);StackPush(&s, 2);StackPush(&s, 3);StackPush(&s, 4);printf("%d\n", StackTop(&s));printf("%d\n", StackSize(&s));StackPop(&s);StackPop(&s);printf("%d\n", StackTop(&s));printf("%d\n", StackSize(&s));StackDestroy(&s);return 0;
}

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。

1. C++实现

typedef int DataType;
class Stack
{
public:void Init(){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);if (NULL == _array){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}_capacity = 3;_size = 0;}void Push(DataType data){CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}void Pop(){if (Empty())return;_size--;}DataType Top() { return _array[_size - 1]; }int Empty() { return 0 == _size; }int Size() { return _size; }void Destroy(){if (_array){free(_array);_array = NULL;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:void CheckCapacity(){if (_size == _capacity){int newcapacity = _capacity * 2;DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *sizeof(DataType));if (temp == NULL){perror("realloc申请空间失败!!!");return;}_array = temp;_capacity = newcapacity;}}
private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};
int main()
{Stack s;s.Init();s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);s.Push(4);printf("%d\n", s.Top());printf("%d\n", s.Size());s.Pop();s.Pop();printf("%d\n", s.Top());printf("%d\n", s.Size());s.Destroy();return 0;
}

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。