【C++】类与对象（详解构造函数，析构函数，拷贝构造函数，赋值重载函数）
文章目录
- 1.类的六个默认成员函数
- 2.构造函数
-
- 2.1概念
- 2.2特性
- 2.3示例
- 2.4C++11中构造函数的变化
- 3.析构函数
-
- 3.1概念
- 3.2特性
- 3.3示例
- 4.拷贝构造函数
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- 4.1概念
- 4.2特性
- 4.3示例
- 4.4总结
- 5.赋值运算符重载
-
- 5.1运算符重载
- 5.2赋值运算符重载
- 5.3解析赋值运算符重载
1.类的六个默认成员函数
如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。但是，空类中真的什么都没有吗？并不是，任何类在什么都不写的时候，编译器实际上会自动生成以下6个默认成员函数。
1.默认成员函数是什么？
用户没有显示实现，编译器会自动生成的成员函数称为默认成员函数。
2.空类长啥样？
class Date{}; //这是一个空的日期类
3.6个默认成员函数
2.构造函数
2.1概念
我们先来看一个日期类（旧版的，继承C语言思想的）：
class Date
{
public:
//初始化函数
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
//打印函数
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
//构建对象，并调用初始化函数和打印函数
Date d1;
d1.Init(2022, 7, 5);
d1.Print();
Date d2;
d2.Init(2022, 7, 6);
d2.Print();
return 0;
}
对于Date类，可以通过 Init 公有方法给对象设置日期，但如果每次创建对象时都调用该方法设置信息，未免有点麻烦，那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？C++的构造函数就做到了这一点，我们接下来学习构造函数的特性和使用方法！
2.2特性
构造函数是C++的特殊成员函数，需要注意的是，构造函数虽然叫做构造，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。
其特征如下（非常重要！！！）：
1.函数名和类名相同；
这里所说的构造函数无返回值是真的无返回值，而不是说返回值为void。
2.函数没有返回值；
当你用类创建一个对象时，编译器会自动调用该类的构造函数对新创建的变量进行初始化。
3.对象实例化（即创建时）编译器自动调用对应的构造函数；
4.构造函数可以重载（意思是一个类可以有多个构造函数，但是必须实现函数重载）；
5.构造函数在对象整个生命周期只调用一次。
6.无参的构造函数，全缺省的构造函数以及我们不写编译器自动生成的构造函数都称为默认构造函数，注意默认构造函数只能有一个。
注意，有些同学可能认为，我们不写，编译器自动生成的构造函数才被称为默认构造函数，但实际不是这样的，无参的构造函数，全缺省的构造函数，我们不写，编译自动生成的默认构造函数都是默认构造函数。
比如，我们看一下代码，我们在类中同时实现了无参的构造函数和全缺省的构造函数，两者都属于默认的构造函数，但是我们说过了默认构造函数只能有一个，所以下面的代码测试是不通过的。
#include 报出的错误：
7.如果类中没有显示定义构造函数，则编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，如果用户显示定义了，编译器就不会再生成了。
讲到这个特性，有些人可能会想，既然我们不写，编译器会自动帮我们生成一个构造函数，那我们为什么还要写呢？为了解决大家这个疑问，我们来看一下以下代码以及运行结果：
#include 代码运行结果：
诶？怎么打印出来的都是随机值呢？你不是说我们不显示写类的构造函数，编译器会自动帮我生成一个默认构造函数嘛?我们来看看编译器自动生成的构造函数的机制，就知道其中的原因啦！
编译器自动生成的构造函数的机制：
1.编译器自动生成的构造函数对类的内置类型不做处理；
2.对于自定义类型，编译器会再去调用它们自己的构造函数。
C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语言提供的数据类型，如：int/char…，自定义类型就是我们使用class/struct/union等自己定义的类型，看看下面的程序，就会发现编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员_t调用的它的默认成员函数。
我个人觉得这是C++构造函数不太完善的一点，如果编译器自动生成的默认构造函数能帮我们把内置类型初始化一下就好了。所以大多数情况下都需要我们自己去写一个类的构造函数。
2.3示例
1.以下代码示范了如何使用构造函数：【内置类型版】
#include 1.以下代码示范了如何使用构造函数：【自定义类型版】
虽说编译器会自动帮我们调用自定义类型的构造函数，但是要注意自定义类的构造函数我们还是需要去自己实现的。
#include 2.4C++11中构造函数的变化
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 Time
{
public:
Time()
{
cout << "Time()" << endl;
_hour = 0;
_minute = 0;
_second = 0;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
private:
// 基本类型(内置类型)
//内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值
int _year = 2023;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
return 0;
}
3.析构函数
3.1概念
通过前面构造函数的学习，我们知道一个对象是怎么来的，那一个对象又是怎么没呢的？
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。
当一个类对象销毁时，局部变量也会随着该对象的销毁而销毁，例如前面讲解到的代码，用日期类创建了一个对象d1，当d1被销毁时，对象d1当中的局部变量_year/_month/_day会被编译器销毁。但是这并不意味着析构函数没有什么意义。像new，malloc动态开辟出来的内存空间，当该对象被销毁时，其中动态开辟的栈并不会随之被销毁，需要我们对其进行空间释放，这时析构函数的意义就体现了。
3.2特性
1.析构函数的函数名需要在类名前加上字符’~'；
2.析构函数无参数，没有返回值；
不要认为没有返回值，就是void
3.对象生命周期结束时，C++编译器会自动调用析构函数；
C++引入构造函数，析构函数的特性，大大降低了C语言中忘记初始化，忘记释放空间的bug的发生。
编译器自动生成的析构函数机制：
1、编译器自动生成的析构函数对内置类型直接销毁，会随着对象的销毁而销毁。
2、对于自定义类型，编译器会再去调用它们自己的默认析构函数。
下面的程序我们会看到，编译器生成的默认析构函数，对自定类型成员调用它的析构函数。
class Time
{
public:
~Time()
{
cout << "~Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
return 0;
}
程序运行结束后输出：~Time()
在main方法中根本没有直接创建Time类的对象，为什么最后会调用Time类的析构函数？
因为：main方法中创建了Date对象d，而d中包含4个成员变量，其中_year, _month,_day三个是内置类型成员，销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可；而_t是Time类对象，所以在d销毁时，要将其内部包含的Time类的_t对象销毁，所以要调用Time类的析构函数。但是：main函数中不能直接调用Time类的析构函数，实际要释放的是Date类对象，所以编译器会调用Date类的析构函数，而Date没有显式提供，则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数，目的是在其内部调用Time类的析构函数，即当Date对象销毁时，要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁,main函数中并没有直接调用Time类析构函数，而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数
注意：创建哪个类的对象则调用该类的析构函数，销毁那个类的对象则调用该类的析构函数
4.一个类只有一个析构函数，如果我们不写，没有显示定义，则编译器会自动生成默认的析构函数；
5.先构造的后析构，后构造的先析构。
因为对象是定义在函数中的，函数调用会建立栈帧，栈帧中的对象构造和析构也要符合栈的先进后出的原则。
6.注意：析构函数不能重载。
3.3示例
在下面的代码中，简单实现了一个栈，在构造函数中，动态开辟了内存空间，实现了析构函数。
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 3)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (NULL == _array)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(DataType data)
{
// CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
// 其他方法...
//析构函数的写法
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = NULL;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType* _array;
int _capacity;
int _size;
};
void TestStack()
{
Stack s;
s.Push(1);
s.Push(2);
}
7.如果类中没有申请资源时，析构函数可以不写，直接使用编译器生成的默认析构函数，比如Date类；有资源申请时，一定要写，否则会造成资源泄漏。
4.拷贝构造函数
4.1概念
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？答案是肯定的。
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。
#include 4.2特性
1.拷贝构造函数是构造函数的重载；
因为拷贝构造函数的函数名与类名相同，只参数不一样。
2.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，编译器直接报错，因为会引起无穷递归调用；
问题：为什么传值调用会引发无穷递归调用？
这样，我们先不看const的修饰，拷贝构造函数的形参就是Data data,然后传过来的是d1,实际上就是Data data(d1),大家看看这个形式熟不熟悉？这不就又是一次拷贝构造函数嘛，我们要的是传参，结果又要调用拷贝构造函数，即调用自己，所以会一直无穷递归下去。
总结：自定义类型在书写拷贝构造函数的时候，都加上引用&。
3.如果我们没有显示定义拷贝构造函数，编译器会生成默认的拷贝构造函数。默认的拷贝构造函数对象按内存存储，按字节为单位完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。而自定义类型是调用其自己的拷贝构造函数进行拷贝的。
#include 问题：编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了，我们还需要自己显示实现一个拷贝构造函数吗？注意：像日期类这种，成员变量是内置类型的，我们就不需要自己再显示实现一个拷贝构造函数，那么下面有涉及到申请动态内存资源的类呢？
我们来看一下，在拷贝构造函数中，容易造成的错误：一下的代码会崩溃。下面会详细讲解其崩溃的原因：
// 这里会发现下面的程序会崩溃掉
#include 
注意：类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；但是一旦涉及到资源申请，则拷贝构造函数一定要写，不然就变成了浅拷贝。
如何更改上述代码，使其正确调用拷贝构造函数？
在Stack类中显示定义上我们自己的拷贝构造函数，代码如下：
Stack(const Stack& st1)
{
cout<<"const Stack& st"<<endl;
_array=(int*)malloc(sizeof(int)*st1._capacity);
if(_array==nullptr)
{
perror("malloc fail\n");
exit(-1);
}
//拷贝内容,按字节为单位进行拷贝，利用memcpy函数
memcpy(_array,st1._array,sizeof(int)*st1._size);
_size=st1._size;
_capacity=st1._capacity;
}
这是运行结果:
4.3示例
拷贝构造函数典型调用场景：
- 使用已存在的对象创建新对象
- 函数参数类型为类类型对象（注意不要引发无穷递归）
- 函数返回值类型为类类型对象（因为返回时要构造临时变量，所以会调类的拷贝构造函数）
class Date
{
public:
Date(int year, int minute, int day)
{
cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;
}
Date(const Date& d)
{
cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;
}
~Date()
{
cout << "~Date():" << this << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
Date Test(Date d)//函数参数类型为类类型对象（注意不要引发无穷递归）
{
Date temp(d);//使用已存在的对象创建新对象
return temp;//函数返回值类型为类类型对象（因为返回时要构造临时变量，所以会调类的拷贝构造函数）
}
int main()
{
Date d1(2022, 1, 13);//调用构造函数
Test(d1);
return 0;
}
运行结果：
调用顺序：
为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用尽量使用引用。
4.4总结
什么时候需要深拷贝？什么时候需要浅拷贝？
1)浅拷贝:只对对象中成员进行简单赋值
2）深拷贝:类中一旦涉及资源申请，我们应该重新分配动态空间，进行深拷贝，即拷贝出来的对象只是内容与原对象一样，但两个对象是在不同的空间。
3）如果涉及到资源申请，没有写拷贝构造函数，在销毁对象时，两个对象的析构函数将对同一个内存空间释放两次，这就是出现错误的原因，即
浅拷贝操作不当是导致二次释放的常见原因。
4)需要写析构函数的类—需要写深拷贝的函数构造
不需要写析构函数的类–默认生成的浅拷贝的函数构造就可以用。
5.赋值运算符重载
5.1运算符重载
1.概念 ：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。
2.函数名字为：关键字operator+后面接需要重载的运算符符号。
3.函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)
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
- .* :: sizeof ?: . 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。
4.我们先来看一下全局的运算符==（判断是否相等）如何实现，代码如下：
#include5.下面演示将==重载成成员函数的写法：此时该函数的第一个形参默认为this指针。
class Date
{
public:
Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
bool operator==(const Date& d)// 运算符重载函数
{
return _year == d._year
&&_month == d._month
&&_day == d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
5.2赋值运算符重载
以下是日期类的赋值运算符重载，我们先一起来看一下代码吧！接下来我会进行解析：
class Date
{
public:
Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)// 构造函数
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date& operator=(const Date& d)// 赋值运算符重载函数
{
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
void Print()// 打印函数
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
5.3解析赋值运算符重载
1.参数类型设置为引用，并用const修饰。
1）赋值运算符重载函数的第一个形参默认是this指针，第二个形参是我们赋值运算符的右操作数。
2）由于日期类是自定义类型，我们若是使用传值传参，会额外调用一次拷贝构造函数，所以函数的参数最好使用引用传参（第一个参数是默认的this指针）。
3）由于第二个参数，是赋值运算符的右操作数，我们在函数体内并不会对其进行修改，所以最好加上const进行修饰。
2.函数的返回值使用引用返回。
1）如果是d2=d1这种赋值语句，赋值运算符就没必要有返回值，因为this就是d2的指针，在函数体内已经通过this指针对d2进行修改了。函数的返回值需要使用引用返回的原因是：我们需要支持连续赋值，什么是连续赋值呢？比如d3=d2=d1，所以我们就要给函数设置一个返回值了，并且返回值是*this，即this指向的对象。
2）为了在返回时，减少不必要的拷贝。
3）注意一点，在重载运算符的时候，如果出了函数的作用域，返回的对象没有被销毁则可以使用引用返回，如果销毁了就不能使用引用返回。像赋值重载运算符这种，this在出函数作用域时并没有销毁，所以引用返回的是*this。
3.赋值前检查一下，是否自己给自己赋值了。
什么意思呢？就是d1=d1这种，给自己赋值是没有必要的。
4用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。
class Time
{
public:
Time()
{
_hour = 1;
_minute = 1;
_second = 1;
}
Time& operator=(const Time& t)
{
if (this != &t)
{
_hour = t._hour;
_minute = t._minute;
_second = t._second;
}
return *this;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2;
d1 = d2;
return 0;
}
5.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
void Test()
{
Date d1(2018, 9, 26);
Date d2(2018, 9, 27);
d1 = d2;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
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。
注意：如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以；一旦涉及到资源管理则必须要实现。