【浅尝C++】C++类的6大默认成员函数——构造、析构及拷贝构造函数

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文章前言：本篇文章简要介绍C++类的构造函数、析构函数及拷贝构造函数，介绍每个小点时，都会附上对应的代码，如果可能的话。余下3大默认成员函数将于后续文章中叙述，要不，整个文章太长了。

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我们知道，如果一个类什么都没有，那么它就是一个空类。空类真的什么都没有吗？答案是否定的。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，本文将先介绍构造函数、析构函数及拷贝构造函数。
ps：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。

构造函数

基本概念

在介绍构造函数之前，我们先回顾一下类的定义和调用。

#include
using namespace std;

class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		m_year = year;
		m_month = month;
		m_day = day;
	}
	void Print()
	{
		cout << m_year << " - " << m_month << " - " << m_day << endl;
	}
private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
};

int main()
{
	Date date;
	date.Init(2023, 1, 1);
	date.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。

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。
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对应的构造函数。
④构造函数可以重载。

#include
using namespace std;

class Date
{
public:
	//以下两个构造函数，参数个数不同，构成重载
	Date(int year, int month, int day)
	{
		//定义对象时，会自动打印下面这句内容
		cout << "Date(int year, int month, int day)被调用" << endl;
		m_year = year;
		m_month = month;
		m_day = day;
	}
	//构造函数名称与类名相同，且无返回值
	Date(int year)
	{
		cout << "Date(int year)被调用" << endl;
	}
private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
};

int main()
{
	Date d1(2022, 12, 12);
	Date d3(2023);
	return 0;
}

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。

#include
using namespace std;

class Date
{
public:
	/*提供该构造函数后，编译不再生成默认构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		m_year = year;
		m_month = month;
		m_day = day;
	}
	*/
private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
};

int main()
{
	Date d1;
	//若将上面类中定义的构造函数注释掉，则此处不会出错，因为编译器自动生成了默认构造函数（不带参数的函数）
	//若使用上面类中定义的构造函数，则此处定义d1对象会报错，因为编译器不再自动生成默认构造函数
	return 0;
}

⑥关于编译器生成的默认成员函数，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？d对象调用了编译器生成的默认构造函数，但是d1对象m_year/m_month/m_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？？
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m_t调用的它的默认成员函数。

#include
using namespace std;

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time构造函数" << endl;
		m_hour = m_minute = m_second = 0;
	}
	void Print()
	{
		cout << m_hour << ":" << m_minute << ":" << m_second << endl;
	}
private;
	int m_hour;
	int m_minute;
	int m_second;
};

class Date
{
public:
	void Print()
	{
		cout << m_year << "-" << m_month << "-" << m_day << endl;
		m_t.Print();
	}
private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
};

int main()
{
	Date d;
	//d未调用Time的构造函数，但打印时，Time的各个成员变量均已初始化为1。说明编译器自动实现的Date的构造函数，会自动调用Time的构造函数。
	d.Print();
	return 0;
}

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。

#include
#include
using namespace std;

class Jammingpro
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "我是 " << m_name << "，今年 " << m_age << " 岁" << endl;
	}
private:
	string m_name = "xioaming";
	int m_age = "18";
};

int main()
{
	Jammingpro jam;
	jam.Print();//打印的是默认值
	return 0;
}

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。下面代码演示的是无参、全缺省构造函数，两个函数只能留下其中一个，不能同时存在。

class Date
{
public:
	Date()
	{}
	Date(int year = 2022, int month = 12, int day = 12)
	{
		m_year = year;
		m_month = month;
		m_day = day;
	}
private:
	int m _year;
	int m_month;
	int m_day;
}

析构函数

基本概念

与构造函数功能相反，析构函数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。

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。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。注意：析构函数不能重载
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。

#include
using namespace std;

class Stack
{
public:
	//对象生命周期结束时，需要调用下面的析构函数
	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;
	}
private:
	char* m_mem;
	int m_size;
	int m_capacity;
};

int main()
{
	Stack stk;
	return 0;
}

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。

#include
using namespace std;

class Time
{
public:
	//下面这句话会被打印，因为Date的自动生成的析构函数会调用自定义数据类型的析构函数
	~Time()
	{
		cout << "Time析构函数" << endl;
	}
private;
	int m_hour;
	int m_minute;
	int m_second;
};

class Date
{
private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
};

int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

⑥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，比如Stack类。

class Stack 
{
public:
	Stack()
	{
		m_mem = new char[100];//在堆区申请了内存空间
		m_size = 0;
		m_capcpity;
	}
	~Stack()
	{
		delete[] m_mem;//必须使用析构函数释放资源
	}
private:
	char* m_mem;
	int m_size;
	int m_capacity;
}

拷贝构造函数

概念

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。

特征

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。

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
	{
		m_year = year;
		m_month = month;
		m_day = day;
	}
	//Date(const Date d) ->错误写法，将引发无穷递归
	Date(const Date& d)//->正确写法
	{
		m_year = d.m_year;
		m_month = d.m_month;
		m_day = d.m_day;
	}
private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
}

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。

class Stack
{
public:
	Stack()
	{
		m_mem = new char[100];
		m_size = 0;
		m_capacity = 100;
	}
	/*下面这个是编译器自动生成的
	Stack(const Stack& s)
	{
		m_mem = s.m_mem;
		m_size = s.m_size;
		m_capacity = s.m_capacity;
	}
	*/
	Stack(const Stack& s)
	{
		m_mem = new char[s.m_capacity];
		strcpy(m_mem, s.m_mem);
		m_size = s.m_size;
		m_capacity = s.m_capacity;
	}
private:
	char* m_mem;
	int m_size;
	int m_capacity;
}

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Date类这样的类是没必要的。而像上面的Stack类是需要自己显示实现拷贝构造函数的。
编译器自动生成的拷贝构造函数是浅拷贝，也就是将属性值复制一份。对于下面图片中的s1和s2，由于s2复制了s1中m_mem的地址，导致两个栈指向同一内存空间，两个栈生命周期结束后均会调用析构函数，此时将执行两次delete[] m_mem，将导致内存重复释放而报错。
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；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。

⑤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

#include
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
	{
		cout << "Date create" << endl;
		m_year = year;
		m_month = month;
		m_day = day;
	}
	Date(const Date& d)
	{
		cout << "Date copy" << endl;
		m_year = d.m_year;
		m_month = d.m_month;
		m_day = d.m_day;
	}
	~Date()
	{
		cout << "~Date()" << endl;
	}
private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
};

Date Test(Date d)
{
	return d;
}

int main()
{
	Date date(2023, 11, 11);
	Test(date);
	Date cp(date);
	return 0;
}

这段代码的执行结果如下，即调用1次构造函数，3次拷贝构造函数，4次析构函数：

Date create
Date copy
Date copy
~Date()
~Date()
Date copy
~Date()
~Date()

对于上面的代码，执行Date date(2023, 11, 11);时调用1次构造函数；执行Test(date);时传递参数，调用了1次拷贝构造函数，返回时，返回值又调用了1次拷贝构造函数，由于返回值产生的临时变量和Test的参数d离开Test函数后生命周期就结束了，因此分别调用了析构函数，即2次析构函数；执行Date cp(date)构造cp对象时调用了1次拷贝构造函数，main函数执行结束，date与cp生命周期结束，分别调用析构函数，即2次析构函数。
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。

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文章结语：这篇文章对C++中的构造函数、析构函数及拷贝构造函数进行了简要的介绍。后续文章将介绍余下3大默认成员函数。
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