类和动态内存分配

本文对下面书的第12章的学习内容，做归纳总结，理清思路。
C++ Primer Plus

当我们不适用系统栈提供的内存，而使用new和delete使用动态内存的时候，类的处理会存在一系列微妙的问题，这与使用栈内存的情况不同，因此下面都会围绕这个来讨论。

1 动态内存和类

1.1 为什么申请动态内存来使用类？

当我们编写程序是，分配内存的策略不能提前预计，需要根据运行时的需要来分配实际的内存，因此C++使用了new和delete运算符来管理动态内存。

静态存储类成员，多个对象共享同一静态类变量副本，即所有的类，共享同一个静态成员。
静态成员的初始化不在类的声明文件中，而是在包含类的方法文件中，
能类声明中初始化的静态数据成员特例是：
静态数据成员为const 整型或者枚举类型。

1.2 对于使用new和delete分配动态内存的类的潜在问题。

1、类中存在指针成员，存放内容通过new动态申请内存，当将现有对象赋值初始化另外一个对象时，如未定义拷贝构造函数，那么存在浅拷贝与深拷贝的问题。
2、静态成员值的控制，由于在所有对象间共享，导致如定义的构造函数使用不当，会导致静态成员的值变化区别与预计。

例如：当类中定一个int型的静态成员，初始化为0，每多一个对象加1，少一个对象减1，在默认构建函数，析构函数中都提供了相应的静态成员的加减运算，而忽略了隐式拷贝构造函数和赋值运算符的影响（默认的情况情况下，没有静态成员数的增加），却有析构函数减1。导致了最后，静态成员出现了负值的情况。

1.3 类中的特殊成员函数

C++自动提供了以下的成员函数：

• 默认构造函数，如果没有定义构造函数
• 默认析构函数 ,如果没有定义
• 拷贝构造函数，如果没有定义
• 赋值运算符，如果没有定义
• 地址运算符，如果没有定义

1.3.1 默认构造函数

如果类没有提供任何构造函数，C++将提供默认构造函数。如一个Klunk类，未提供任何构造函数，则编译器提供如下的构造函数。

 Klunk::Klunk() { }  // implict default constructor

在定义了构造函数后，C++不提供默认构造函数，因此需要显示定义默认构造函数，此时可以用来设置特定的值。

！注意：带参数的构造函数也可以是默认构造函数，只要所有参数都有默认值。

1.3.2 复制构造函数（拷贝构造函数）

拷贝构造函数的原型：

Class_name(const Class_name &);

拷贝构造函数需要注意的两点：

• 何时调用
• 有何功能

1.3.2.1 何时调用复制构造函数

新建一个对象并将其初始化为同类现有对象时，复制构造函数将被调用.

StringBad ditto(motto);   // calls StringBad(const StringBad &)
StringBad metoo = motto;  // calls StringBad(const StringBad &)
StringBad also = StringBad(motto);  
                          // calls StringBad(const StringBad &)
StringBad * pStringBad = new StringBad(motto);
                          // calls StringBad(const StringBad &)

中间两个可能会使用复制构造函数直接创建metoo和also，也可能使用复制构造函数生成一个临时对象，将临时对象的内存赋给metoo和also，这取决于具体实现。
每当程序生成了对象副本时，编译器将使用复制构造函数

引申结论：
对于按值传递对象将调用复制构造函数，因此，应该按引用传递对象，可以节省复制构造函数调用的时间和新对象的空间。

1.3.2.2 有何功能

定义显示的复制构造函数进行深度复制

1.3.3 赋值运算符

赋值运算符的原型：

Class_name & Class_name::operator=(const Class_name &);

赋值运算符何时使用：
当将已有对象赋给另一个对象时，将使用重载的赋值运算符。

StringBad headline1("Celery Stalks at Midnight");
...
StringBad knot;
knot = headline1;  // assignment operator invoked

初始化的时候，不一定会使用赋值运算符：

StringBad metoo = knot; // use copy constructor, possibly assignment, too

实现时，可能分为两部，第一个使用复制构造函数创建一个临时对象，第二部，通过赋值将临时对象复制到新对象上。
即初始化总会调用复制构造函数，而=运算符时也可调用赋值运算符。
赋值运算符何时使用：
定义显式的赋值构造函数可以解决和复制构造函数存在的深度复制的问题。

1.4 转换函数

将单个值转换为类的类型，需要创建原型如下的类构造函数。

c_name(type_name value);

c_name为类名，type_name是要转换的类型的名称。
要将类转换为其他类型，需创建如下的成员函数。

 operator type_name();

注：虽然该函数没有声明返回类型，但应返回所需的类型的值。
使用转换函数的时候，可以在声明构造函数时，使用关键词explict，以防止它被用于隐式转换。

1.5构造函数使用new的类的预防错误原则

• 对于指向的内存是由new分配的所有类的成员，都应在类的析构函数中对其使用delete，该运算符将释放分配的内存。
• 如果析构函数通过指针类成员使用delete来释放内存，则每个构造函数都应该使用new来初始化指针，或者将它置为空。
• 构造函数应该使用new或者new []，不能混用，如果构造函数使用的是new，则析构函数使用delete；如果构造函数使用的是new []，那么析构函数使用delete []
• 应定义一个分配内存（而不是将指针指向已有的内存）的拷贝构造函数，这样的程序将能够将类对象初始化为另一个类对象，该函数的原型通常如下。
  className(const className &)
• 应该定义一个重载赋值运算符的类成员函数，其定义如下（c_pointer是c_name的类成员，类型为指向type_name的指针。下面假设用new []来初始化c_pointer

 c_name & c_name::operator=(const c_name & cn)
{
if (this == & cn)
return *this;
// done if self-assignment
delete [] c_pointer;
// set size number of type_name units to be copied
c_pointer = new type_name[size];
// then copy data pointed to by cn.c_pointer to
// location pointed to by c_pointer
...
return *this;
}