c++—封装：构造函数、析构函数、成员操作

1. 封装的主要目的是解决代码的维护性问题，经过封装的函数代码独立性高；

2. 封装的演变历史，以栈为例子介绍：

        ①成员（top、data[ ]）都在main函数里，动作方法（push、pop）等也在main函数里（尼泊尔电线）；

        ②成员（top、data[ ]）在结构体体struct里面，动作方法（push、pop）等还在main函数里面（相当于未完成装修的房间，虽然电线整体布置，但是裸露的）；

        ③成员（top、data[ ]）和动作方法（push、pop）都在结构体（类）里面，动作方法（push、pop）对外只提供接口，达到既知其接口，又可以访问其数据；（C语言重在函数，c++重在类）

3. 构造函数的作用及特点

        ①无函数返回值，存在默认和自定义等多种情况（引导面试官）；

        ②函数名与类名相同；

        ③自动调用：在通过类实例化对象时，构造函数会自动调用；

        ④可以重载；

4. 构造函数的种类及优缺点

（1）默认无参构造函数 VS 自定义无参构造函数

        当类中无任何其他构造函数时，系统会默认生成；

        若有其他构造函数，则该默认无参构造函数不会生成；其中自定义无参构造函数，可以在函数体里面初始化自定义初始化成员变量的值；注意若自定义的有参构造函数只有一个形参时，即只对一个成员变量进行初始化，即形成了类型转换构造函数，容易产生歧义，慎用！

        下例中同样含有int类型（或char*）等类型与类类型（Student）之间转换的方法；

#include 
#include 

using namespace std;

class Student
{
public:
    //Student() = delete;  //使用delete可以禁止系统自动生成默认构造函数；
    Student() = default; //使用default可以显式的让系统自动生成默认构造函数；
    Student(int num, char *name, int age)
    {
        m_num = num;
        m_age = age;
        int len = strlen(name)+1;
        m_name = new char[len];
        strcpy(m_name,name);
    }
    explicit Student(int num)    //该构造函数只有一个参数，称为类型转换构造函数；int型→类类型Student;本例中前面加了关键字explicit，禁止系统隐式转换，所以s3无效，会报错；
    {
        m_num = num;
        m_age = 0;
        m_name = nullptr;
    }

    operator int()    //重载了int类型，即可以将类类型转换为int类型；
    {
        return m_num;
    }


private:
    int m_num;
    char * m_name;
    int age;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Student s1;  //会报错，因为此时已经有自定义有参构造函数，默认无参构造函数失效，系统不生成；
    Student s2(1,"zhangsan",12);
    Student s3 = 1;  //调用类型转换构造函数，慎用！容易产生歧义；这里系统内部发生隐式转换，将int型转换为Student（类类型）；应习惯使用s4样例；因为有explicit，这里会报错；
    Student s4(1);

    int num1 = static_cast(s4);  //利用重载operator int()将类类型装换为int类型；
    int num2 = s4.operator int();     //方式二；

    return 0；
}

（2）默认拷贝构造函数 VS 自定义拷贝构造函数

        利用已有对象初始化一个新的对象，两个成员之间的变量对等赋值，默认情况下是浅拷贝，但是存在“多次释放同一个空间的问题，即free() : double free”；

         自定义拷贝构造函数是深拷贝，参与拷贝的两个对象各自的指针成员变量指向自己独立的堆空间；

 引申1：面试题：解释浅拷贝与深拷贝？

        ①类对象拷贝是指利用已有对象初始化一个新的对象，若无自己定义，则默认浅拷贝，系统默认的拷贝构造函数和等号运算符重载（operator=）都是按照浅拷贝的方式，即两个成员之间的变量对等赋值（包含指针变量），但是当对象内有指针成员时，会导致出现“多次释放同一个空间的问题，即free() : double free”的段错误；

        ②深拷贝就是自己定义，新的类对象中的指针成员是新生成的独立的空间（new），其大小等同于待拷贝的对象指针成员所指向的空间大小，其他变量则是对等赋值，解决了浅拷贝中的段错误；并且可以利用下面的移动对象构造函数进行优化；

引申2：面试题：拷贝函数的调用时机？

        ①用已有的对象初始化新的对象；

        ②对象作为形参时；

        ③对象作为函数返回值时；

（3）赋值运算符重载函数

        默认运算符重载函数是浅拷贝，当优化为深拷贝后，其主要不足是当大量的接收函数创建的临时类对象时，需要不断地生成临时对象→拷贝对象→释放临时对象；整个过程耗时较长，且降低了程序性能；

        优化思路为直接将新建的临时对象的空间交给左值，不用经历“新建→拷贝→释放”这样的耗时过程了，就形成了移动拷贝构造函数；

（4）移动拷贝（对象）构造函数

        内部机制是将临时对象的指针成员空间赋给新对象，然后将临时对象的指针指向置为空（原对象就不可以再使用），其他值对等赋值，有移动拷贝构造函数和已移动等号运算符重载两种实现方式；在两种情况下系统自动调用移动对象函数：

        ①新对象先定义后接收函数的返回值（临时对象）；

        ②利用std::move()进行强制转换（告诉编译器括号内的是右值，匹配移动对象构造函数）；

        通常在编译时加上-fno-elide-constructors的选项，作用是关闭函数返回值优化，同时减少拷贝构造函数的调用，转换为调用对象移动函数，提高程序运行性能；

Test (Yest &&other)  //方式一：移动拷贝构造函数
{
    cout<<"move Test copy"<n_name = other.m_name;
    other.m_name = nullptr
}

Test & operator = (Test &&other)  //方式二：移动等号运算符重载
{
    cout<<"move operator = "<m_name = other.m_name;
    other.m_name = nummptr;
}

（5）委托构造函数

        ①该类型主要是为了减少多种构造函数形成的代码冗余，内部机制是调用已有的构造函数，初始化新的构造函数；

        ②执行的顺序是委托构造函数会将控制权交给代理构造函数，在代理构造函数执行完之后，在执行委托构造函数的主体；

        ③实现思路：先写全参的构造函数（称为代理函数），后写委托构造函数；

        ④缺陷：如果一个构造函数为委托构造函数，那么其初始化列表就不能对成员和基类进行初始化，只能使用调用委托构造函数时带来的参数值去匹配代理构造函数；

几个例子:

 5. 左值、右值、左引用、右引用

（1）左值的特点：

        ①指向特点内存的具有名称的值（具有对象名或者变量名）；

        ②有一个相对稳定的内存地址；

        ③有一段较长的生命周期，长期存在的值；

（2）右值的特点：

        ①不指向稳定内存地址的匿名值（例如常数1,3,5...）（怎样理解？）；

        ②生命周期很短，通常是暂时的；

（3）区分左右值，可以通过&运算符获取地址的就是左值，否则就是右值；

（4）左值转右值，以下两种均可以将对象转换为右值，进而匹配类对象中的移动对象构造函数（避免了拷贝函数的费时低性能）：

        ①static_cast(对象)；

        ②std::move(对象)；

（5）引用

        ①int num = 5;

        ②int &l_num = num;     //l_num是左值引用，绑定左值；

      ③const int &c_num = 5;  //c_num是const左值引用，const左值引用即可以绑定左值（常量），也可以绑定右值；

        ④int &&k_num = 5;       //k_num是右值引用，注意是两个&&，右引用绑定右值；

 6. 初始化列表

        初始化列表含有双重含义（定义+初始化）主要是解决那些定义就必须要初始化的变量，有以下几种：

        ①const修饰的成员变量；例如：const int index;

        ②验收引用的成员变量；例如：int &l_num;

        ③成员对象（另一个类的对象），即类对象里面含有另一个类的对象；

7. 类的平凡属性

        （1）当类对象中含有①自定义无参构造函数、②自定义拷贝构造函数、③赋值运算符重载函数、④移动拷贝构造函数、⑤类型转换构造函数、⑥委托构造函数时，就是非平凡类；否则，不带有以上函数时，就是平凡类；

即除了默认的构造函数（无参构造函数、默认拷贝构造函数），外都会破坏函数的平凡属性；

        （2）（带以上函数）非平凡类：需频繁进行赋值等操作，运行耗时较长；

        （3）（不带）平凡类：内存对内存，运行效率高，因为不用类对象复制、转移等操作；

        （4）采用default关键字，可以采用系统默认生成的构造函数，可以尽量保持类的平凡属性，从而提高程序的运行性能；是良好的代码习惯；示例如下：

Struct Node
{
    Node() = default;
    int num;
}；

8. 对类中的成员进行操作

（1）static修饰（成员、函数）

        ①保持在C语言中的相关作用（修饰局部变量时，改变了局部变量的生存周期，由函数生存周期增加为程序生存周期，作用域未改变，还是函数内；修饰函数或者全局变量时，改变了函数或者全局变量的作用域，仅限该声明的.c文件内使用，在其他文件无法通过extern使用）；

        ②static修饰类对象中的成员变量时，该成员变量成为类的静态变量（也称作类成员），可以直接通过类名访问而不用通过实例化对象，该静态变量被该类所有的对象共享，适用于对象之间的通信；且修饰的成员变量需要在类外初始化（需要加上类名::格式）；

        此时这个成员不是该对象的成员，而是称作类成员（被类型所共有）；

#include 

using namespace std;

class A
{
public：
    void set_num（int num）
    {
        m_num = num;
    }

    int get_num()
    {
        return n_num;
    }
 
    static void func()  //静态成员函数，也称类的成员函数；
    {
        cout<

        ③static修饰成员函数时，该成员函数称为类的静态成员函数（也称作类的成员函数），可以直接通过类名访问而不用通过实例化对象，静态成员函数没有默认的this指针指针生成，所以该类函数不能访问非静态成员（即没有被static修饰的成员），主要用于与C语言编程中用于混合编程用于回调函数；

        ④static同样受限于private，所以static只有放到public区域才可以发挥作用；

        ⑤工程应用：主要有两点，一是修饰的静态成员变量可以用于该类对象之间的通信（因为可以共享）；二是应用于C与c++混合接口编程；

（2）const修饰，const将修饰的变量转换为常量，既可以修饰函数，也可以修饰成员变量，

        ①修饰函数时，该函数只可以访问成员（输出），不可以改变成员的值，但是可以在对应成员前面加上mutable，那么该成员即可被该函数修改；

        ②修饰对象时，该对象只可以调用const修饰的函数；

（3）mutable修饰成员

         ①可以在被const修饰的函数中被修改；

9. noexept、explicit、default、delete、mutable关键字在类对象函数中的作用？

        （1）noexept修饰的函数，表明程序员向编译器保证该函数不会发射异常，那么编译器也就没有必要为处理这个“可能”发生的异常添加一些事先预备好的目标代码，这在一定程度上减少了函数编译后生成的目标代码；c++11为所有类的析构函数都加上了“隐式”noexcept声明；

使用的时机一般：当设计移动函数时，为其加上noexcept，以便此类的对象在使用时可以用移动操作来代替拷贝，提高了程序运行性能（因为有些标准库容器除非知道移动操作是无异常的，否则就会进行拷贝）。

        （2）explicit是禁止隐式转换的；例如当使用功能类型转换构造函数时，加上explicit则无法进行隐式转化，类型转换构造函数即失效（因为其内部进行了隐式转换）；

        （3）default关键字通常修饰类对象中无参的构造函数，尽量保持类的平凡属性（单纯的结构体），对象之间赋值通过内存之间赋值操作，从而提高代码的运行性能；

        （4）delete关键字用以修饰类对象中的函数，禁止修饰的函数生成，表明在该类型对象中没有该函数，根据其位置分为两种情况：

         ①放在public时，该修饰的函数在编译时期检查与优化（节省时间，相当于错误提前出现，节省编译时间）；

        ②放在private时，该修饰的函数在链接时检查优化（在编译期后，错误检查的晚，容易导致浪费编译时间）；

        （5）mutable修饰的成员可以在被const修饰的函数中被修改，通常在类对象含有const修饰的函数时使用；

10.  封装为什么能够提高代码的维护性？

        ①封装的本质是将数据和函数（动作）绑定在同一个类对象里面，后续可以通过对象来完成操作；

         ②封装后的函数对外简单的接口，操作方便；

        ③封装的对象内部含有权限属性设置，函数与数据相对独立于安全；

        ④封装后的对象里面含有大量的构造函数、析构函数，极大地方便了开发者的对象定义与操作；