C++初阶学习————类和对象（下）
类的6个默认成员函数
- 构造函数
-
- 总结
- 析构函数
-
- 总结
- 拷贝构造
-
- 总结
- 赋值运算符重载
-
- 1. 运算符重载
- 2 赋值运算符重载
- 总结
- const修饰类的成员函数
- 取地址操作符重载
-
- 练习
- 1.日期类的实现
- 2.编译器对拷贝构造的优化
例如之前在学习栈用顺序表是现实会经常出现两个错误，一个是忘记初始化，另一个是我忘记释放内存造成内存泄漏；在C++中弥补了这一点，学完类的默认成员函数就可以解决大多数情况下这个问题
构造函数
构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用，保证每个数据成员都有 一个合适的初始值，并且在对象的生命周期内只调用一次。
这里以日期类举例
class Data
{
public:
void SetDate(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Display()
{
cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <<endl;
}
private:
int _day;
int _month;
int _year;
};
int main()
{
Date d1;
d1.SetDate(2018,5,1);
d1.Display();
return 0;
}
上面代码中，可以用 SetDate 初始化，但是如果每次创建对象都需要调用该函数就会有些麻烦，所以在C++中就有了构造函数来替换这个工作
构造函数的特性
构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数的虽然名称叫构造，但是需要注意的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。
- 函数名与类名相同。
- 无返回值。
- 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。
代码示例如下
class Data
{
public:
构造函数的形式1
Data()
{
}
构造函数的形式2
Data()
{
_year = 1;
_month = 1;
_day = 1;
}
构造函数的形式3
Data(int year,int month,int day)
{
_day = day;
_month = month;
_year = year;
}
构造函数的形式4
Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)
{
_day = day;
_month = month;
_year = year;
}
void Display()
{
cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <<endl;
}
private:
int _day;
int _month;
int _year;
};
注意：上面三种之许创建一种，这里只是示范不同的情况该如何调用
调用如下：
int main()
{
Date d1; 型式1， 实例化时自动调用，但是没有对成员进行改变
Date d2; 型式2 对成员赋默认值
Date d3(1,1,1); 型式3 对成员传参赋值
Date d4(1,1,1); 型式4 全缺省函数构造 传参时，参数对成员赋值
Date d4; 型式4 全缺省函数构造 不传参时，形参数默认值对成员赋值
return 0;
}
上面代码提供了4个形式，但最建议用全缺省的形式
- 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，是隐藏的，一旦用户显式定义编译器将不再生成
- 在C++中把类型分为两类：1.int double等内置类型也是基本类型，2.自定义类型如struct / class，所以默认生成的构造函数会有两种初始化处理：
（1）当我们不创建构造函数时，编译器默认生成的构造函数对内置类型不做初始化处理，可以理解为默认生成一个上述代码型式1那样的空操作做，但是是隐藏的
（2）对于自定义类型，会去调用他的无参（不用传参数就可以调用的）默认构造函数初始化，没有默认构造函数就会报错
代码验证如下：
class A
{
public :
A()
{
cout << "A()" << endl;
_a = 0;
}
private:
int _a;
};
class Data
{
public:
Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)
{
//this->_day = day
_day = day;
_month = month;
_year = year;
}
void Display()
{
cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <<endl;
}
private:
int _day;
int _month;
int _year;
A temp;
};
int main()
{
Data d1;
return 0;
}
将A的构造函数改为全缺省
A(int a = 10)
{
cout << "A()" << endl;
_a = a;
}
- 无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。注意：无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为是默认成员函数。
总结
- 函数名与类名相同。
- 无返回值。
- 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。
- 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，是隐藏的，一旦用户显式定义编译器将不再生成
- 在C++中把类型分为两类：1.int double等内置类型也是基本类型，2.自定义类型如struct / class，所以默认生成的构造函数会有两种初始化处理：
（1）当我们不创建构造函数时，编译器默认生成的构造函数对内置类型不做初始化处理，可以理解为默认生成一个上述代码型式1那样的空操作做，但是是隐藏的
（2）对于自定义类型，会去调用他的无参（不用传参数就可以调用的）默认构造函数初始化，没有默认构造函数就会报错 - 无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。注意：无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为是默认成员函数。
任何一个类都有三种默认构造函数：1.全缺省，2.无参，3.编译器默认生成， 对于自定义类型，如果没有无参的构造函数就会报错
析构函数
析构函数：与构造函数功能相反，析构函数不是完成对象的销毁，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，完成类的一些资源清理工作。
析构函数的特性：
- 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
- 无参数无返回值。
- 一个类有且只有一个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
- 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
代码示例如下
class Data
{
public:
Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)
{
_day = day;
_month = month;
_year = year;
}
~Data()
{
cout << "~Data()" << endl;
}
private:
int _day;
int _month;
int _year;
A temp;
};
int main()
{
Data d1;
return 0;
}
由输出结果可知，析构函数也是自动调用的
析构函数一般用于资源的清理，例如动态申请的内存，结束之前就需要释放，就可以写到析构函数里
例如对栈的初始化和释放函数接口进行改写，代码如下：
class Stack
{
public:
构造函数
Stack(int capacity = 4)
{
_arr = (int*)malloc(sizeof(int)*capacity);
if(_arr == NULL)
{
perror("realloc");
exit(-1);
}
_capacity = capacity;
_top = 0;
}
析构函数
~Stack()
{
free(_arr);
_arr = NULL;
}
private:
int* _arr;
int _top;
int _capacity;
};
5.和构造函数一样，编译器生成的默认析构函数，对会自定类型成员调用它的析构函数。
如果我们不写析构函数，他会自动生成并调用自己的析构函数
（1）对于内置类型，但是是空处理也可以说不做任何处理
（2）对于自定义类型会去调用他的析构函数（可能是默认的也可能是自己传创建的）
对于自定义类型，如果他的成员变量都是在栈帧里的，那么就可以使用默认生成的析构函数，若成员变量对动态申请内存，那就必须要自己创建析构函数
总结
- 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
- 无参数无返回值。
- 一个类有且只有一个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
- 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
- 和构造函数一样，编译器生成的默认析构函数，对会自定类型成员调用它的析构函数。
如果我们不写析构函数，他会自动生成并调用自己的析构函数
（1）对于内置类型，但是是空处理也可以说不做任何处理
（2）对于自定义类型会去调用他的析构函数（可能是默认的也可能是自己创建的）
对于自定义类型，如果他的成员变量都是在栈帧里的，那么就可以使用默认生成的析构函数，若成员变量对动态申请内存，那就必须要自己创建析构函数
构造函数的顺序是按实例化顺序来的，而析构函数的顺序就是逆序的，最后构造的最先析构，且构造函数是全局在前局部在后，析构时是全局在后局部在前（可以看成栈）
拷贝构造
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
拷贝构造的特征：
- 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使用引用传参，使用传值方式会引发无穷递归调用。
验证如下
传值时，形参是实参的临时拷贝，形参可以看成是个临时变量，是会占用同样大小的内存的
传引用就是对实参取别名，形参就是实参的别名，并且之前对引用的介绍是：在语法层，引用不会去新申请空间（不占用空间）；所以引用只是实参临时多了个别名，不会占用空间，可直接操作到实参本身，就不存在传值传参的拷贝死循环了
所以正确的写法应该是：
class Data
{
public:
Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)
{
_day = day;
_month = month;
_year = year;
cout << "Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)" << endl;
}
拷贝构造
建议加上const
Data(const Data& d) 一定是传引用，传值会造成无限递归
{
//this->_year = d._year
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
~Data()
{
cout << "~Data()" << endl;
}
private:
int _day;
int _month;
int _year;
};
int main()
{
Data d1;
Data d2(d1);
return 0;
}
- 若未显示定义，系统生成默认的拷贝构造函数，默认生成的拷贝构造会按字节序拷贝（1个字节1个字节拷贝）
默认生成的拷贝构造：
1.内置成员，会完成按字节序的拷贝，也叫浅拷贝（带有动态内存的深拷贝需要我们自己实现）
2.自定义类型成员，会调用他的拷贝构造
代码验证如下
当成员都是普通内置类型时（浅拷贝）
class Data
{
public:
Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)
{
_day = day;
_month = month;
_year = year;
cout << "Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)" << endl;
}
~Data()
{
cout << "~Data()" << endl;
}
private:
int _day;
int _month;
int _year;
};
int main()
{
Data d1;
Data d2(d1);
return 0;
}
但是当成员申请内存资源时就会出错（例如动态内存，深拷贝）
这里用原先学习的栈做示例（这里只是作为演示，有些接口函数没有写如push、pop等）
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
{
_arr = (int*)malloc(sizeof(int)*capacity);
if(_arr == NULL)
{
perror("realloc");
exit(-1);
}
_capacity = capacity;
_top = 0;
}
~Stack()
{
free(_arr);
_arr = NULL;
}
private:
int* _arr;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack s1;
Stack s2(s1);
return 0;
}
请注意看，s2拷贝连同动态内存一起拷贝了，s1_arr和 s2_arr的指针都指向这同一块地址，那么可能就会造成以下几个问题
1.s1改变动态内存的数值，s2里就会被改变，相反也是如此
2.例如扩容时是top等于capacity，假如s1或s2中有一个扩容说明他的capacity和top相等了 ，但另一个的capacity和top并没有同步但被扩容了，可能会发生错误
3.在程序结束时，他们的析构函数会对这个动态内存释放两次，就会出错
总结
- 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使用引用传参，使用传值方式会引发无穷递归调用。
- 若未显示定义，系统生成默认的拷贝构造函数，默认生成的拷贝构造会按字节序拷贝（1个字节1个字节拷贝）
默认生成的拷贝构造：
1.内置成员，会完成按字节序的拷贝，也叫浅拷贝（带有动态内存的深拷贝需要我们自己实现）
2.自定义类型成员，会调用他的拷贝构造
赋值运算符重载
这里还用上面定义的日期类来演示
class Data
{
public:
Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)
{
_day = day;
_month = month;
_year = year;
cout << "Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)" << endl;
}
private:
int _day;
int _month;
int _year;
};
int main()
{
Data d1;
Data d2(d1);
return 0;
}
1. 运算符重载
在默认情况下，C++是不支持自定义类型对象使用运算符的，但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，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似
函数名字为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。
函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)
运算符重载代码示例如下
d1 < d2
bool operator>(const Data& d1,const Data& d2)
{
if(d1._year > d2._year )
return true;
else if(d1._year == d2._year && d1._month > d2._month )
return true;
else if(d1._year == d2._year && d1._month == d2._month && d1._day > d2._day)
return true;
else
false;
}
上面这种情况虽然是对的，但是比较麻烦，上面介绍类中存在一个this指针，那么就可以写成下面这种型式
//bool operator>(Data* const this，const Data& d)
bool operator>(const Data& d)
{
if(_year > d._year )
return true;
else if(_year == d._year && _month > d._month )
return true;
else if(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day)
return true;
else
return false;
}
那么该如何使用呢？
开头介绍中，运算符重载是具有特殊函数名的函数，那么就可以把他放到类体中，当作成员函数一样
class Data
{
public:
Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)
{
_day = day;
_month = month;
_year = year;
cout << "Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)" << endl;
}
bool operator>(const Data& d)
{
if(_year > d._year )
return true;
else if(_year == d._year && _month > d._month )
return true;
else if(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day)
return true;
else
return false;
}
private:
int _day;
int _month;
int _year;
};
int main()
{
Data d1;
Data d2(d1);
cout << (d1 < d2) << endl;
return 0;
}
int main()
{
Data d1(2,1,1);
Data d2(1,1,1);
if(d1 > d2) //也可以写成这样d1.operator>(d2)
{
cout << "hello" << endl;
cout << (d1 > d2) << endl;
}
return 0;
}
上面就是运算符重载的定义及调用型式了
注意：
- 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或者枚举类型的操作数
- 用于内置类型的操作符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义
- 作为类成员的重载函数时，其形参看起来比操作数数目少1成员函数的
操作符有一个默认的形参this，限定为第一个形参 - " .* " 、" :: " 、“sizeof” 、" ?: " 、" . " 注意以上5个运算符不能重载。
2 赋值运算符重载
赋值运算符的定义型式和调用与运算符重载类似
赋值运算符主要有四点需要注意：
- 参数类型
- 返回值
- 检测是否自己给自己赋值
- 返回*this
- 一个类如果没有显式定义赋值运算符重载，编译器也会生成一个，完成对象按字节序的值拷贝
Data d3;
d3 = d1;
void operator=(const Data& d)
{
d._year = _year;
d._month = _month;
d._day = _day;
}
以上就是基本的赋值运算符重载，但是在逻辑上还有些问题
int i,j,k;
i = j = k = 10;
10先给k赋值，k当右操作数给j赋值，j当右操作数给i赋值，所以当d3 = d2 = d1，d2应该变为右操作数 所以：
Data d3;
d3 = d2 = d1;
//d2 = d1
//d3 = d2
Data& operator=(const Data& d)
{
if(this == &d) 防止自己给自己赋值
return *this;
d._year = _year;
d._month = _month;
d._day = _day;
return *this;
}
先在operator=中给d2赋值，在返回d2的别名，d2的别名当做右值传参给d3赋值
形参传引用：
因为传值会生成临时拷贝，并且形参还会占用内存，而传引用就是对实参取别名，不会占用空间；对于基础类型差别不大，但是对于类（结构体）他们的大小不确定，传值既占用空间还浪费时间
返回值传引用：
假如是传返回值，那么会有两次拷贝构造，第一次是d1赋值给d2时的栈帧销毁， *this给临时变量时的拷贝构造，第二次是d2赋值给d3时的栈帧销毁，*this给临时变量拷贝构造。而引用返回，栈帧销毁 this还存在，返回的是this的别名，不会占用空间，不存在拷贝构造
所以相比传值，无论是传参还是传返回值，传引用都比传参效率高，传引用不会额外占用空间，也节省了拷贝时间，所以C++提倡是传引用的（返回值传引用前提是出了域返回值还存在）
赋值重载与拷贝构造的区别：
Data d1;
Data d2(d1); 拷贝构造是在即将实例化时使用的
Data d3 = d2;
Data d3;
d3 = d2 = d1; 赋值重载是对已经存在的类使用的
总结
赋值运算符：
- 参数类型（传引用）
- 返回值（传引用）
- 检测是否自己给自己赋值（用this和传的地址进行判断）
- 返回*this （this代表左值的地址，返回的是左值的本身）
- 一个类如果没有显式定义赋值运算符重载，编译器也会生成一个，完成对象按字节序的值拷贝
（1）内置类型成员，按字节序拷贝（浅拷贝）
（2）自定义类型成员，调用他的赋值重载函数
所以和拷贝构造类似，只有出现动态内存等才需要我们自己实现（深拷贝）
const修饰类的成员函数
将const修饰的类成员函数称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。
请看代码验证：
class Data
{
public:
Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)
{
_day = day;
_month = month;
_year = year;
cout << "Data(int year = 1,int month = 1,int day = 1)" << endl;
}
void print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _day;
int _month;
int _year;
};
int main()
{
Data d1;
d1.print();
const Data d2;
d2.print;
return 0;
}
在类的实例化对象前面加上const，代表 const Data* const this
而调用成员函数的参数是：Data* const this，成员函数的权限是可读可写的（权限放大）
针对这种情况，C++的解决办法是
void print()const
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
在成员函数后面 加上const 等于 const Data const this*
加了const后，普通对象也可以调用（权限缩小），const修饰的对象也可以调用，所以对于不需要修改值的成员函数建议都加上const
取地址操作符重载
一般的运算符号，操作符都需要我们自己写，但是取地址一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容
int main()
{
Data d1;
cout << &d1 << endl;
return 0;
}
不想让别人获取地址时
const Data* operator&() const
{
return this;
}
练习
1.日期类的实现
写一个日期类，并实现判断日期大小、赋值、比较等
#ifndef DATA_H
#define DATA_H
#ifndef DATA_H
#define DATA_H
#include int Data::GetMonthDay(int year,int month)
{
static int monthDayarr[13] = {0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
int day = monthDayarr [month];
if( month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0 ) || year % 400 == 0)) 或的括号不能省
day++;
return day;
}
Data::Data(int year,int month,int day) 缺省值定义和声明只能出现一次
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
if( !(year > 0 && (month > 0 && month <13) && (day > 0 && day < GetMonthDay(year,month) ) ))
{
cout << "日期非法" << endl;
}
}
Data::Data(const Data& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
1. = 、== 、！=
Data& Data::operator=(const Data& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
return *this;
}
bool Data::operator==(const Data& d)
{
if((_year == d._year) && (_month == d._month) && (_day == d._day))
return true;
else
return false;
}
bool Data::operator!=(const Data& d)
{
if(!(*this == d))
return true;
else
return false;
}
2. >、 >=
bool Data::operator>(const Data& d)
{
if(_year > d._year)
return true;
else if((_year == d._year) && (_month > d._month) )
return true;
else if((_year == d._year) && (_month > d._month) && (_day > d._day))
return true;
else
return false;
}
bool Data::operator>=(const Data& d)
{
if( (*this > d) || (*this == d))
return true;
else
return false;
}
3. < 、<=
bool Data::operator<(const Data& d)
{
if(!(*this >= d))
return true;
else
return false;
}
bool Data::operator<=(const Data& d)
{
if(!( *this > d))
return true;
else
return false;
}
5.+、+=、++前置、后置++
Data& Data::operator+=(int day)
{
_day += day;
while(_day > GetMonthDay(_year,_month))
{
_day -= GetMonthDay(_year,_month);
_month++;
if(_month == 13)
{
_month = 1;
_year++;
}
}
return *this;
}
Data Data::operator+(int day)
{
Data temp = *this;
temp += day;
return temp;
}
Data& Data::operator++()
{
*this += 1;
return *this;
}
Data Data::operator++(int)
{
Data temp = *this;
*this += 1;
return temp;
}
6.-、-=、前置–、–后置
Data& Data::operator-=(int day)
{
if(day < 0)
{
*this += -day;
}
_day -= day;
while(_day <= 0)
{
_month--;
if(_month == 0)
{
_month = 12;
_year--;
}
_day += GetMonthDay(_year,_month);
}
return *this;
}
Data Data::operator-(int day)
{
Data temp = *this;
temp -= day;
return temp;
}
Data& Data::operator--()
{
*this -= 1;
return *this;
}
Data Data::operator--(int)
{
Data temp = *this;
*this -= 1;
return temp;
}
7.获取当前日期的星期
int Data::operator-(const Data& d)
{
Data max = *this;
Data min = d;
int day = 0;
if(*this < d)
{
max = d;
min = *this;
}
while(max != min)
{
day++;
++min; 尽量用前置
}
return day;
}
void Data::PrintWeekDay()
{
static char* week[] = {"星期一","星期二","星期三","星期四","星期五","星期六","星期日"};
Data temp(1900,1,1);
int Getweek = *this - temp;
cout << week[Getweek%7] << endl;
}
8.流插入和流提取
这里先介绍格式，但涉及到友元，请看下一篇
class Data
{
public:
friend ostream& operator<<(ostream& out,const Data& d);
friend istream& operator>>(istream& in,Data& d);
..........
..........
..........
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& out,const Data& d)
{
cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
return out;
}
istream& operator>>(istream& in,Data& d)
{
in >> d._year >> d._month >> d._day ;
return in;
}
#ifndef DATA_H
#define DATA_H
#include 容易遇到的错误：
缺省值在声明和定义中都出现；
1.++ 、-- 的前置后置；
2.+=、-= 和 + 、 - 的混淆；
3.传参传值 和 反回值在调用结束后不销毁的情况下传值；
4.逻辑操作省括号；
刚开始学C++时，面对传参和返回值需要多使用什么（如指针、引用、值）
对于类的运算符重载中，后置++和 - - 要尽量少用，因为他会临时实例化一个对象，并在返回时返回的是这个临时对象的值，相对于前置操作，会先调用构造函数，返回时又会调用拷贝构造放到临时变量中
2.编译器对拷贝构造的优化
class A
{
public:
A()
{
//cout << "A()" << endl;
//count++;
}
A(A& a)
{
cout << "A(A& a)" << endl;
count++;
}
static int get_count()
{
return count;
}
private:
int a;
static int count;
};
int A::count = 0;
A f(A u)
{
A b1(u);
A b2 = b1;
return b2;
}
int main()
{
A a1;
A a2 = f(f(a1));
cout << A::get_count() <<endl;
return 0;
}
上面这段代码在VS中，一共执行了7次拷贝构造
