深入理解c++的类和对象（中）——万字总结！！！
文章目录
- 一、类的6个默认成员函数
- 二、构造函数
-
- 1.概念
- 2.特性
- 三、析构函数
-
- 1.概念
- 2.特性
- 四、拷贝构造函数
-
- 1.概念
- 2.特征
- 五、赋值运算符重载
-
- 1.运算符重载
- 2.赋值运算符重载
- 六、取地址及const取地址操作符重载
- 总结
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 Data{};
二、构造函数
1.概念
对于以下Data类：
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Init(2022, 7, 5);
d1.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？
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，以保证每个数据成员都有 一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。
2.特性
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。
其特征如下：
（1）函数名与类名相同。
（2） 无返回值。
（3）对象实例化时编译器自动调用相应的构造函数。
（4）构造函数可以重载。
class Date
{
public:
//无参的构造函数
Date()
{
_year = 2022;
_month = 10;
_day = 1;
}
//有参的构造函数(缺省或非缺省)
Date(int year,int month=1,int day=1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2022,9,30);
d1.Print();
Date d2;
d2.Print();
Date d3(2023);
d3.Print();
return 0;
}
初始化的结果如下：
我们这里注意一个细节，我们在调用无参的构造函数时，是
Date d2;
如果我们用如下方式调用的话，会报错：
Date d2();
因为此时编译器无法区分d2是一个对象还是一个返回值为Date类型的函数名为d2的函数，如果我们把d2改成一个其他名字，则更容易看出其中的二义性。
Date d2();
Date func();
（5）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。
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d2;
d2.Print();
}
这里我们可以发现，生成的默认构造函数经过无参调用后，生成的是随机值。
（6） 关于编译器生成的默认成员函数，很多人会有疑惑：不实现构造函数的情况下，编译器会
生成默认的构造函数。但是看起来默认构造函数又没什么用？d2对象调用了编译器生成的默认构
造函数，但是d2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？？
解答：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调用的它的默认构造
函数。
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)
int _year;
int _month;
int _day;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
return 0;
}
得到的结果如下，也印证了编译器生成默认的构造函数会对Time_t调用的它的默认构造函数。
注意：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
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 2022;
int _month = 10;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
d.Print();
return 0;
}
需要注意的是，这里不是初始化，因为没有分配空间，而是给了一个缺省值。
（7）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
认构造函数。不用传参就可以调用的函数就叫默认构造函数。
class Date
{
public:
Date()
{
_year = 1900;
_month = 1;
_day = 1;
}
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
编译器会报错，因为无法区分调用的是哪个默认构造函数。
三、析构函数
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。
2.特性
析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：
（1）析构函数名是在类名前加上字符 ~。
（2）无参数无返回值类型。
（3）一个类只能有一个析构函数（不能重载）。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
（4）对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
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++;
}
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = NULL;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType* _array;
int _capacity;
int _size;
};
int main()
{
Stack s;
s.Push(1);
s.Push(2);
}
我们借助栈的调用来观察析构函数的调用：
在对象生命周期结束后，编译器自动调用了析构函数，将开辟的空间释放，清理了资源。
（5）关于编译器自动生成的析构函数，是否会完成一些事情呢？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;
}
这里我们发现，我们调用了Time类的析构函数，编译器并不是直接调用的，而是调用了Data类的析构函数，在清理资源时，由于有Time_t自定义类型，所以又调用了Time类的析构函数。
四、拷贝构造函数
1.概念
在现实生活中，可能存在一个与你一样的自己，我们称其为双胞胎。
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？
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。
2.特征
拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：
（1）拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
（2）拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。
这里我们先用下图代码来解释参数传值和传引用的区别：
我们可以发现，在参数为传值时，调用了拷贝构造函数，所以会发生无穷递归：
在编写代码过程中，编译器直接报错，所以我们只能传引用：
（3） 若未显式定义，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
字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。
class Time
{
public:
Time()
{
_hour = 1;
_minute = 1;
_second = 1;
}
Time(const Time& t)
{
_hour = t._hour;
_minute = t._minute;
_second = t._second;
cout << "Time::Time(const 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 d1;
// 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数
// 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构造函数
Date d2(d1);
return 0;
}
运行上述代码，会发现打印了：
这说明了：在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定
义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。
（4）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，还需要自己显式实现吗？
当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢？验证一下试试？
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 10)
{
_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_size = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(const DataType& data)
{
// CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = nullptr;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType* _array;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
int main()
{
Stack s1;
s1.Push(1);
s1.Push(2);
s1.Push(3);
s1.Push(4);
Stack s2(s1);
return 0;
}
验证后，我们发现这段代码崩溃了，我们分析一下原因：
我们可以得到一个重要的结论：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；一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。
我们如何进行深拷贝呢？我们需要在拷贝函数中再开辟一块空间，然后将被拷贝空间的内容拷贝到新空间中。代码如下：
Stack(const Stack& st)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * st._capacity);
if (_array == nullptr)
{
perror("malloc fail");
return;
}
memcpy(_array, st._array, sizeof(int) * st._capacity);
_capacity = st._capacity;
_size = st._size;
}
五、赋值运算符重载
1.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，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)
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 - 不能重载的5个运算符：
(1)sizeof (2):: (3)?: (4) .* (5) .
当运算符重载为全局的时候：
// 全局的operator==
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 这里会发现运算符重载成全局的就需要成员变量是公有的，那么问题来了，封装性如何保证？
// 这里其实可以用我们后面学习的友元解决，或者干脆重载成成员函数。
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
return d1._year == d2._year
&& d1._month == d2._month
&& d1._day == d2._day;
}
int main()
{
Date d1(2018, 9, 26);
Date d2(2018, 9, 26);
cout << (d1 == d2) << endl;
}
当运算符重载作为类成员时：
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// bool operator==(Date* this, const Date& d2)
// 这里需要注意的是，左操作数是this，指向调用函数的对象
bool operator==(const Date& d2)
{
return _year == d2._year
&& _month == d2._month
&& _day == d2._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
2.赋值运算符重载
（1）赋值运算符格式
参数传引用：为了避免一次拷贝构造，提高效率。
返回引用：不仅仅是为了提高效率，还是为了连续赋值。
返回this指针的解引用：this指针出了作用域就不存在了。
Date& operator=(const Date& d)
{
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
（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
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。
（3） 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
对于如上的日期类，我们利用系统生成的默认赋值运算符函数就可以，但对于如下类呢？
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 10)
{
_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_size = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(const DataType& data)
{
// CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = nullptr;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType* _array;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
int main()
{
Stack s1;
s1.Push(1);
s1.Push(2);
s1.Push(3);
s1.Push(4);
Stack s2;
s2 = s1;
return 0;
}
这里会报错，这是由两个原因引起的：
为了解决涉及资源管理的类，我们可以这样设计赋值运算符重载函数：
Stack& operator=(const Stack& st)
{
free(_array);
_array = (DataType*)malloc(st._capacity * sizeof(DataType));
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
exit(-1);
}
_size = st._size;
_capacity = st._capacity;
memcpy(_array, st._array, sizeof(int) * st._capacity);
return *this;
}
我们先free原有的空间，避免内存泄漏；然后再开辟一块空间，拷贝数据即可。
（4）前置++和后置++
C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器
自动传递
Date& operator++()
{
_day += 1;
return *this;
}
Date operator++(int)
{
Date temp(*this);
_day += 1;
return temp;
}
这里需要注意前置++和后置++返回值的不同。
六、取地址及const取地址操作符重载
这两个默认成员函数一般不用重新定义 ，编译器默认会生成。
class Date
{
public :
Date* operator&()
{
return this ;
}
const Date* operator&()const
{
return this ;
}
private :
int _year ; // 年
int _month ; // 月
int _day ; // 日
};
这两个运算符一般不需要重载，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！
总结
对于类和对象中的六个默认成员函数，我们已经有了较深的了解，我们也逐渐体会到了c++的奥秘，在实践中不断总结是我们学好c++的重要方式！