【C++】类和对象（中） —— 构造函数 | 析构函数 | 拷贝构造 | 赋值运算符重载
欢迎来到C++专栏 ~~ 类和对象（中）
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本文目标
- 欢迎来到C++专栏 ~~ 类和对象（中）
-
- 一. 类的6个默认成员函数
- 二. 构造函数
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- 构造函数概念
- 构造函数特征
- 三. 析构函数
-
- 析构函数概念
- 析构函数特征
- 四. 小总结
-
- 构造函数
- 析构函数
- 五. 拷贝构造函数
-
- 概念
- 特征
- 六. 赋值运算符重载
-
- 运算符重载
-
- 问题1：如何调用
- 问题2
- 赋值运算符重载
-
- 赋值重载的概念
- 赋值重载的实现细节
- 七. 小总结
-
- ➰拷贝构造函数
- ➰赋值运算符重载
- 写在最后
一. 类的6个默认成员函数
如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。
空类中真的什么都没有吗？并不是，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下6个默认成员函数。
默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。
class Date {};
下面一一介绍的成员函数里会有比较复杂的地方，不过只要跨过了这座山，他们才会聆听你的故事，加油少年
二. 构造函数
构造函数概念
构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象，而是初始化对象（注意开空间是编译器编译时候处理的）
⚡构造函数其意义：对象定义出来就自动调用，保证对象一定是被初始化的了，且在对象整个生命周期内只调用一次
构造函数特征
其特征如下：
- 函数名与类名相同
- 无返回值 —— 不用写void
- 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数
- 构造函数可以重载
下面先来看一个例子：
class Date
{
public:
//1.无参构造函数
Date()
{
_year = 0;
_month = 1;
_day = 1;
}
//2.带参构造函数 - 初始化成指定值
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
//对象实例化时，自动调用
Date d1;//调用无参构造函数
Date d2(2022, 1, 17);
return 0;
}
回顾之前我们学过了缺省参数——可以合并成一个函数，实现两个功能
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)// 全缺省
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
注：无参构造函数 Date();和全缺省函数Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1);构成函数重载，在语法上可以同时存在，但是在无参调用的时候，会出现歧义报错（两个函数都合适，去哪个呢？）
如果类中没有显式定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，（一旦用户显式定义编译器将不再生成）
不实现构造函数的情况下，编译器会生成默认的构造函数
- d对象调用了编译器生成的默认构造函数，但是d对象_year/_month/_day，依旧是随机值，也就说在这里编译器生成的默认构造函数并没有什么用？？
C++把类型分成了两类 ——
- 内置函数： 语言提供的类型int/char/double/指针等
- 自定义类型： struct / class等类类型
⚡ 我们啥也不写编译器会默认生成构造函数 ——
- 对内置类型成员不做处理（不方便）
- 对于自定义类型的成员变量，会去调用它的默认构造函数（即不用传参就可以调）初始化
ps：如果没有默认构造函数，编译器就会报错❌
接下来我们来验证一下：对于自定义类型，是否会调用它的默认构造函数
class A
{
public:
A()
{
cout << "Scort" << endl;
}
private:
int _a;
};
class Date
{
public:
private:
int _year;
int _month;
int _day;
A _a;
};
int main()
{
//对象实例化的时候，自动调用
Date d1;
return 0;
}
可以看见，确实是调用了A_aa的默认构造函数，并打印出来
C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值
class Date
{
private:
int _year =1;//注意这里不是初始化，是给缺省值 因为这里是声明
int _month =1;
int _day =1;
A _a;
};
⚡ 任何一个类的默认构造函数（不用参数就可以调用），有三个 —— 无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器自动生成的构造函数。并且默认构造函数只能有一个（语法上他们可以同时存在，但是如果有对象定义去调用就会报错）
- 我们不写，编译器自动生成的那个
- 我们自己写，全缺省构造函数
- 我们自己写，无参构造函数
特点：不传参数就可以调用
因为构造函数就三种，这里是我们自己写的构造函数，还主动带了一个参数，既不符合无参、全缺省，更加不符合编译器自动生成的那构造函数，所以这就没有默认构造函数可调了，就报错咯。
三. 析构函数
析构函数概念
析构函数：与构造函数功能相反，析构函数不是完成对对象本身的销毁，局部对象销毁工作是由编译器完成的。而对象在销毁时会自动调用析构函数，完成对象中资源的清理工作（相当于打扫卫生的）
析构函数特征
析构函数是特殊的成员函数
特征如下：
- 析构函数名是在类名前加上字符
~。 - 无参数无返回值类型。
- 一个类只能有一个析构函数。若
未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。注意：析构函数不能重载 - 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数
class Date
{
public:
Date(int year = 2002, int month = 2, int day = 19)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
~Date()
{
//int _year....栈上开辟的空间，出栈了自然销毁了，不需要析构
cout << "~Date()" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
return 0;
}
我们调试发现：Date()日期类也没有资源需要清理，不是所有的类都要析构函数，在这里不实现析构都可以
那么谁的析构函数是有价值的呢？ —— 栈
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
//构造函数
Stack(int capacity = 4)
{
cout << "Stack(int capacity = 4)" << endl;
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (NULL == _array)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
_size = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(DataType data)
{
// CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
//析构函数
~Stack()
{
free(_array);//下面三步做不做都可以
_capacity = _size = 0;//生命周期到了，都还给系统了，_array为野指针，自然不能访问size等
_array = nullptr;
}
private:
DataType* _array;
int _capacity;
int _size;
};
int main()
{
Stack st1;
return 0;
}
这样就保证了，栈定义出来，就一定被初始化了；出作用域，在堆上申请的空间一定被回收了。就此代替了Init和Destroy
⚡如果我们不写，编译器自动生成的析构函数，会做一些什么呢？
- 对内置类型的成员变量不做处理
❌因为指针不一定是malloc出来的，可能是new、fopen出来的，不能直接free - 对于自定义类型的成员变量会回去调它的析构函数
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
{
cout << "Stack(int capacity = 4)" << endl;
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (NULL == _array)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
_size = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(DataType data)
{
// CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()->" << _array << endl;//为了看到是否真正调用了析构
free(_array);
_capacity = _size = 0;
_array = nullptr;
}
private:
DataType* _array;
int _capacity;
int _size;
};
class MyQueue
{
// 我们不需要写，构造函数和析构函数
// 默认生成的很有用
// 对于自定义类型，会自动调用它的默认构造函数和析构函数
private:
int _size = 0;
Stack _st1;
Stack _st2;
};
int main()
{
Stack st;
MyQueue q;
return 0;
}
发现果然正确！MyQueue 中的Stack自动调用默认的析构
四. 小总结
看完可能觉得有点晕，在这里总结一下吧
构造函数
析构函数
五. 拷贝构造函数
那在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢？
概念
拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用
特征
拷贝构造函数也是特殊的成员函数
特征如下：
- 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
- 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型的引用
Date(const Date& d)，使用传值方式会引发无穷递归调用
class Date
{
public:
//拷贝构造
Date(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
//构造函数
Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2002, 3, 7);
Date d2(d1); //好比 Date d3 = d1;
return 0;
}
这里const Date&常引用，最明显的原因是防止误写，导致d1被修改，但是我们不希望修改，使用加const
假如我们使用传值传参 ——
这里会有疑问，为什么传值传参是拷贝构造？
传值传参，就是把实参的值拷贝赋给形参，用同类型的来初始化你，其实就是一个拷贝构造
但是引用传参，d就是d1的一个别名，不会进入死循环
ps：指针也能实现，不过用起来很别扭，我们就不讲了
若未显式定义，编译器会自动生成默认的拷贝构造函数。
- 对内置类型，会完成字节序拷贝（浅拷贝）
- 对自定义类型成员，会去调用它的拷贝构造
我们接下来验证一下：
编译器生成的默认构造函数，对于内置类型成员，确实完成了字节序的拷贝。也就是说像日期类这样的我们完全可以不写，默认生成的够用
那么我们看看栈？ 继续不写拷贝构造，让编译器自动生成
class Stack
{
public:
//构造函数
Stack(int capacity = 4)
{
_array = (int*)malloc(sizeof(int)* capacity);
if (_array == nullptr)
{
cout << "malloc failed" << endl;
exit(-1);
}
_top = 0;
_capacity = capacity;
}
//析构函数
~Stack()
{
free(_array);
_array = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
int* _array;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack st1(10);
Stack st2(st1);
}
发现崩溃了❌
这是因为——
这种叫做浅拷贝
1、一个对象修改会影响另一个对象
2、 会析构两次，程序崩溃
像这种类，就不能用默认的了，要我们自己实现深拷贝 —— 后面专门讲解
对于自定义类型变量，确实会调用它的拷贝构造函数，我们可以验证 ——
class A
{
public:
A(const A& a)
{
cout << "A(const A&)" << endl;
}
};
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
A _a;
};
int main()
{
Date d1(2002, 3, 7);
Date d2(d1);
return 0;
}
六. 赋值运算符重载
我们知道内置类型可以直接使用运算符运算，但在默认情况下，C++是不支持自定义类型对象使用运算符，因为编译器也不知道运算规则
比如日期类：
Date d(2022, 10, 8);
Date d(2022, 10, 26);
我想比较任意两个日期大小d1 < d2，想计算还有多少天国庆d2 - d1，都是没办法直接用运算符计算的。
为此，我们引入了运算符重载。
运算符重载
C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数
函数原型如下：
注：
- 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
- 重载操作符必须有一个类类型参数
- 用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义
- 作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this
.*（很少见）、::、sizeof、? :（三目） 、.注意以上5个运算符不能重载，这个经常在笔试选择题中出现
于是我们就实现了这样一个比较日期类大小的逻辑 ——
注：传参可以传值，但是在C++中建议传引用，这样可以减少拷贝提高效率（减少拷贝构造的消耗）。并且如果我们无需改变操作数，就用常引用const Date&，（防止我们在修改形参同时把实参也改了，同时const引用接收对象，权限缩小或者不变）
因为我的成员变量是private私有的，在类外不能访问，所以都出错了，那我们暂且先把访问修饰限定去掉
接下来有两个问题 ——
1、d1==d2是怎么样调用这个函数的？
2、成员变量私有在类外面访问不了，如何解决？
问题1：如何调用
d1==d2是怎么样调用这个函数的？
经过调试，确实是调用了，实际上编译器会把d1 == d2转化为operator==(d1, d2)
但一般不会这样去显示写，但是这样就违背了我们增强可读性的初衷了，不然还不如直接写一个函数呢？
问题2
成员变量私有在类外面访问不了，如何解决？
我们为了让程序运行简单粗暴去掉了访问修饰限定符private，这实际上破坏了封装性。
我们也可以在类中写上诸如int GetYear() {}这样的函数，这不破坏封装性，但还是有些麻烦，也不常用
int GetYear()
{
return _year;
}
那我们把它放进类里面—— 又出现问题了
这是因为成员函数默认多了一个this指针
class Date
{
public:
Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
bool operator==( const Date& x)
{
return _year == x._year
&& _month == x._month
&& _day == x._day;
}
//private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2022, 10, 8);
Date d2(2022, 10, 26);
cout << (d1 == d2) << endl;
cout << d1.operator==(d2)<< endl; //编译器处理-> d1.operator==(&d1,d2)
return 0;
}
当d1 == d2；我们这样调用它时，实际上会被编译器处理成d1.operator==(d2)；
所以我们推荐这样写
cout << d1.operator==(d2)<< endl；
赋值运算符重载
赋值重载的概念
有了上面拷贝构造的基础，接下来的理解就轻松很多了
我们介绍了拷贝构造函数 —— 它是用一个已经存在的对象，拷贝初始化一个即将创建的对象
//拷贝构造
Date d1(2022, 10, 9);
Date d2(d1);
接下来介绍的是赋值重载—— 它是两个已经存在的对象，之间进行拷贝赋值
//赋值重载
Date d1(2022, 10, 9);
Date d3(2022, 10, 26);
d1 = d3;
提问：这个是赋值重载还是拷贝构造？
Date d1(2002, 3, 7);
Date d2 = d1;
根据定义出发 ：只要一个存在的对象，这是拷贝构造
赋值重载的实现细节
1 .赋值运算符重载格式
- 参数类型：
const T&，传引用可以提高传参效率 - 返回值类型：
T&，返回引用可以提高返回的效率（不用生成临时拷贝），有返回值目的是为了支持连续赋值 - 检测是否自己给自己赋值（判断）
- 返回
*this：要复合连续赋值的含义
class Date
{
public:
//构造会频繁的调用，所以直接放在类里面定义作为inline
Date(int year = 2022, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//d1 = d3 赋值重载
//d1.operator=(d2);
void operator=(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2022, 10, 9);
Date d2(d1);
Date d3(2022, 10, 26);
d1 = d3;//转化成 -> d1.operator(&d1, d3);
}
但是这样写不够完美，原因有两点：
1、不能连续的赋值
打比方：
int i = 0, j = 0, k = 2;
k = i = j =10;
对应到C++中就是，日期类的连续赋值，我们需要返回值
d1 = d2 = d3;
⚡传值返回——
// 返回的是d2，类型为Date
Date operator=(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
//即返回d1 -- 返回了调用这个函数隐含的操作数
return *this;
}
this是d2的地址,解引用*this就是返回值对象，这样就可以连续赋值了
⚡传值返回可以是可以，但是会生成一个临时拷贝的对象（占空间），况且这里出了作用域，d1（*this）还在，可以传引用返回：Date&
2、自己给自己赋值，要判断
对于：自己给自己赋值
d2 = d2;
Date& operator=(const Date& d)
{
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
ps: 不能用对象 if (*this != d)去判断，会去调用operate！=，代价很大，而是用地址去判断
如果我们没写，编译器默认生成的赋值重载，参考拷贝构造——
- 对于内置类型成员，会完成字节序值拷贝 —— 浅拷贝
- 对于自定义类型成员，会调用对应类的赋值运算符重载完成赋值
举例：
#include
2 .赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数
Date& operator=(Date& left, const Date& right) {
if (&left != &right)
{
left._year = right._year;
left._month = right._month;
left._day = right._day;
}
return left;
}
// 编译失败：
// error C2801: “operator =”必须是非静态成员
原因：赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在
类外自己实现一个全局的=赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数
·
七. 小总结
➰拷贝构造函数
➰赋值运算符重载
写在最后
英雄联盟世界赛要准备开打了，有爱看的兄弟吗？
