类和对象

本节整理类与对象的核心概念：ADT（抽象数据类型）、this 指针、成员与访问方式、对象内存布局、成员函数的外联/内联实现、封装与静态成员等。

1. ADT 与类的组成

抽象数据类型（ADT）：由数据和对数据的操作组成（数据成员 + 成员函数）。
类是 ADT 在 C++ 中的表现形式，包含数据成员和成员函数（行为）。

示例：

class Counter {
   int value{};
public:
   void inc() { ++value; }
   int get() const { return value; }
};

2. this 指针

在非静态成员函数内部，this 指向当前对象（类型为 T* const 或 const T* const 于 const 成员函数）。
this 不能用于静态成员函数。

示例：

struct S { int x; void set(int v){ this->x = v; } };

3. 类的定义与组织

类通常放在头文件（.h/.hpp），成员函数实现放在源文件（.cpp），可以使用前置声明（forward declaration）降低编译依赖。`
使用 #pragma once 或 include guard 防止重复包含。

示例：

// foo.h
#pragma once
class Bar;
class Foo { Bar* b; public: void f(); };

4. 成员与对象访问

数据成员：普通类型、数组、指针、引用、其它类类型；
成员函数可以通过对象、指针或引用调用： obj.f(), p->f(), r.f()。

面向对象编程强调通过接口（方法）与对象交互，具体实现由对象本身决定（多态时行为在运行时可能不同）。

5. 对象的存储大小与对齐

对象大小受非静态数据成员的类型与顺序、对齐规则、以及是否含虚函数（通常添加 vptr）影响；
成员函数、静态成员与访问控制不会改变对象实例大小；
空类至少占 1 字节以保证不同对象有不同地址。

对齐规则（概念性）：成员按其对齐要求放置，结构整体大小对齐到最大成员的对齐值。不同编译器/平台可能差异，需以 sizeof 和编译器文档为准。

6. 成员函数：外联实现与内联实现

外联实现：在类外定义成员函数（通常放在 .cpp），有外部链接。优点：隐藏实现、减少头文件体积；
内联实现：在类体内定义或用 inline 指定，允许编译器在调用处展开代码（仅建议用于小函数或模板）。

示例：

// 外联
// foo.h
class Foo{ public: void f(); };
// foo.cpp
// void Foo::f(){ /* ... */ }

// 内联（可放在头文件）
class Small{ public: int id() const { return 42; } };

注意：C++ 中 inline 更重要的语义是允许跨编译单元多重定义（只要定义相同），而非强制内联展开。

7. 封装与信息隐藏

封装（encapsulation）：将数据与操作打包为整体，降低外部依赖；
信息隐藏（information hiding）：通过 public/protected/private 控制可见性，尽量暴露稳定接口，隐藏实现细节以降低耦合。

设计建议：使用最小可见性原则（最少公开），通过接口隔离实现细节；对跨模块接口，暴露稳定、简单的函数签名。

8. 常量成员函数与 this 的类型

常成员函数（T::f() const）中，this 的类型为 const T* const；因此只能调用其它 const 函数或访问可变成员。

示例：

struct R{ int get() const { return 0; } };

9. 静态成员（类变量与类方法）

静态数据成员属于类本身，所有实例共享；非内联静态成员需在类外定义并初始化（C++17 起可用 inline static 在类内初始化）；
静态成员函数没有 this，不能直接访问非静态成员。

示例：

struct C{ static int cnt; static void inc(){ ++cnt; } };
int C::cnt = 0;

10. 小结

通过前置声明与把实现放入源文件可以降低编译耦合；
使用初始化列表、const 成员函数以及合适的访问控制能提高类型的鲁棒性；
明确静态/非静态语义，优先使用智能指针与 RAII 管理资源。

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