【C++那些事儿】类与对象(3)

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Hello,米娜桑们，这里是君兮_，我之前看过一套书叫做《明朝那些事儿》，把本来枯燥的历史讲的生动有趣。而C++作为一门接近底层的语言，无疑是抽象且难度颇深的。我希望能努力把抽象繁多的知识讲的生动又通俗易懂，因此，咱们这个讲解C++的系列博客就叫做《C++那些事儿》啦，有了之前的知识，今天我们来真正走进C++的核心知识部分——类与对象(3)

• 好了废话不多说，开始我们今天的学习吧！！
  
  
• 上回我们把构造函数和析构函数讲完了，今天我们就从拷贝构造开始讲起吧！

一.拷贝构造函数

• 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？
  拷贝构造函数就是来解决这种问题的
• 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

• 以一个日期Date类，我们来分析一下上述问题

class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// Date(const Date d) // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归
Date(const Date& d) //正确写法
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2(d1);//拷贝构造
return 0;
}

• 先来分析一下为什么这里必须使用类类型对象作为引用
  
• 如果不使用，编译器就会直接报错，那么底部逻辑是什么呢？

Date d2(d1);

• 当我们想用一个类对象来定义另一个类对象时，就会调用拷贝构造函数
  

此时就会发生图中的这种情况，我把d1作为参数传给拷贝构造函数了，那么就需要调用拷贝构造函数创造这个作为参数的类对象 d，如果要生成这个作为参数的类对象 d，就要再次调用拷贝构造，无限递归下去，这样当然就无法达成我们的目的了。

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。

• 注意：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，那么我们还需要自己显式实现吗？

• 为了研究这个问题，我们来看看下面这个类栈

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;
} 

• 当我们运行上面这段代码时，程序会直接崩溃，这是为什么呢？

• 注意:

• 1.这里我们并没有显示的实现拷贝构造函数，但是我们却使用了s1来拷贝s2。此时我们上面说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，可是我们的这个栈类中，是需要通过malloc动态开辟空间的，此时s1和s2都指向了同一块内存空间。当程序退出时，s2和s1要销毁。s2先销毁，s2销毁时调用析构函数，已经将内存空间释放了，但是s1并不知道，到s1销毁时，会将内存空间再释放一次，一块内存空间多次释放，肯定会造成程序崩溃

• 2.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。

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3 拷贝构造函数典型调用场景：

• 使用已存在对象创建新对象
• 函数参数类型为类类型对象
• 函数返回值类型为类类型对象

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;
};
//做函数调用时的参数和返回值
Date Test(Date d)
{
Date temp(d);
return temp;
}
int main()
{
//用一个类定义另一个类
Date d1(2022,1,13);
Test(d1);
return 0;
}

• `为了提高程序效率，一般对象传参时，由于使用引用对象不会生成这么多临时对象，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。

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二 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
• • .* :: sizeof ? : . 注意以上5个运算符不能重载。
• 为了节省不必要的篇幅，接下来我们就只写运算符重载后的函数了，注意这些函数没有特别说明都是在类里定义的哦·！

// 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;
}

• 当然，除了在类里定义，我们也能在全局定义

/ 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，或者干脆像上面一样重载成成员函数。
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
return d1._year == d2._year
&& d1._month == d2._month
&& d1._day == d2._day;
}

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2 赋值运算符重载

• . 赋值运算符重载格式
• • 参数类型：const T&，传递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，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
• • 返回*this ：要复合连续赋值的含义

Date& operator=(const Date& d)
{
if(this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}

注意： 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

• 很多人可能会想到下面这种写法

// 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;
}

• 结果，我们直接在编译这一步就失败了，这又是什么原因引起的呢？
  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。
• 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
• 这里与拷贝构造那里同理：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

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3 前置++和后置++重载

// 前置++：返回+1之后的结果
// 注意：this指向的对象函数结束后不会销毁，故以引用方式返回提高效率
Date& operator++()
{
_day += 1;
return *this;
}

• 此时可能有人会问了，++是一样的，那么我们在重载时该怎么区分是前置++还是后置++呢？
• 为了解决这个问题，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
• 注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存一份，然后给this+1

// 后置++：

// 而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用
Date operator++(int)
{
Date temp(*this);
_day += 1;
return temp;
}

4 取地址及const取地址操作符重载

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。

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总结

• 好啦，我们今天的内容就先到这里啦！这里可以说是类和对象里的精华内容了，希望大家下来后好好理解，之后我会带大家把我们在类和对象中讲解的这个日期Date完完整整的实现一遍的，这样我相信会更加加深大家对类和对象这部分内容的理解。
• 有任何的问题和对文章内容的疑惑欢迎在评论区中提出，当然也可以私信我，我会在第一时间回复的！！

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