【C++练级之路】【Lv.3】类和对象（中）（没掌握类的6个默认成员函数，那你根本就没学过C++！）
目录
- 引言
- 一、类的6个默认成员函数
- 二、构造函数（constructor）
-
- 2.1 引入
- 2.2 概念
- 2.3 特性
- 三、析构函数（destructor）
-
- 3.1 概念
- 3.2 特性
- 四、拷贝构造函数（copy constructor）
-
- 4.1 概念
- 4.2 特性
- 五、构造、析构、拷贝构造函数总结对比
-
- 5.1 构造函数
- 5.2 析构函数
- 5.3 拷贝构造函数
- 六、赋值运算符重载
-
- 6.1 运算符重载
- 6.2 赋值运算符重载
- 七、日期类的实现
-
- date.h
- date.cpp
- 八、const成员函数
-
- 8.1 概念
- 8.2 使用方式
- 8.3 日期类（const修饰版）
- 九、取地址及const取地址操作符重载
- 总结
欢迎各位小伙伴关注我的专栏，和我一起系统学习C++，共同探讨和进步哦！
学习专栏：
《进击的C++》
引言
在C++的学习中，类和对象章节的学习尤为重要，犹如坚固的地基，基础不牢，地动山摇；而默认成员函数的学习，在类和对象的学习里最为重要。所以要学好C++，学好默认成员函数是一道必经之路，这样后续才能很好的学习后续模板，继承，多态等知识。
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。
二、构造函数（constructor）
2.1 引入
先来简易实现一个日期类Date
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(2023, 12, 5);
d1.Print();
return 0;
}
我们发现，如果每次都要自己调用初始化函数，未免有点麻烦，并且容易忘记从而导致出错。那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？
那么，构造函数就可以完美解决这个问题。
2.2 概念
构造函数（constructor）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。
2.3 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。
构造函数特性如下：
- 函数名与类名相同。
- 无返回值。
- 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
- 构造函数可以重载。
class Date
{
public:
// 1.无参构造函数
Date()
{
_year = 1;
_month = 1;
_day = 1;
}
// 2.带参构造函数
Date(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;//调用无参构造函数
d1.Print();
Date d2(2023, 12, 5);//调用带参构造函数
d2.Print();
//warning
Date d3();//函数声明
return 0;
}
注意：
- 无返回值，不是写void类型，而是什么都不写
- 如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不用跟括号，否则就成了函数声明
上述简化写法：
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)//使用缺省参数
{
_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.Print();
Date d2(2023, 12, 5);
d2.Print();
return 0;
}
- 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。
有人可能会疑惑，既然编译器会自动生成默认构造函数，那是不是就不用自己显式定义了呢？其实，并不然。
- 因为编译器自动生成的构造函数，只会对自定义类型成员调用其构造函数，而不会对内置类型成员（char、int……）处理。
- 所以，我们要尽量显式定义，而不去用自动生成的构造函数。
- 当然，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:
int _year = 1;//声明时给默认值
int _month = 1;
int _day = 1;
};
int main()
{
Date d1;//调用默认构造函数
d1.Print();
return 0;
}
- 一个类中只能存在一个默认构造函数。比如：无参构造函数，全缺省构造函数，编译器自动生成的默认构造函数。
简单理解：不用传参，就是调用默认构造函数。
举个例子，请看下面代码：
class Date
{
public:
Date()
{
_year = 1;
_month = 1;
_day = 1;
}
Date(int year = 1, 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;//报错，对重载函数的调用不明确
d1.Print();
return 0;
}
分析：上述代码包含两个默认构造函数，在无参调用时，就会产生歧义。所以，才会规定一个类只能出现一个默认构造函数。
三、析构函数（destructor）
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自动初始化的，那一个对象的内容又是如何自动销毁的呢？
析构函数（destructor）：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。
3.2 特性
析构函数是特殊的成员函数，其特性如下：
- 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
- 无参数无返回值。
- 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
- 析构函数不能重载。
- 一个类只能有一个析构函数。
简易实现一个栈类Stack
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)//构造函数
{
_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail");
return;
}
_top = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(int x)
{
//CheckCapacity();
_a[_top++] = x;
}
//...
~Stack()//析构函数
{
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack st;
st.Push(1);
st.Push(2);
return 0;
}
- 同样，与构造函数相同，若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。只会对自定义类型成员调用其析构函数，而不会对内置类型成员（char、int……）处理。
回顾往期题目232.用栈实现队列（LeetCode），当时我们用C语言实现的队列，对比一下如今用C++实现。
C：
typedef struct
{
ST pushst;
ST popst;
} MyQueue;
MyQueue* myQueueCreate()
{
MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
if (obj == NULL)
{
perror("malloc fail");
return NULL;
}
STInit(&obj->pushst);
STInit(&obj->popst);
return obj;
}
C++：
class MyQueue
{
public:
void Push()
{}
//...
private:
Stack _pushst;
Stack _popst;
};
分析：
- C++实现，在MyQueue类中，默认生成构造函数（MyQueue）和析构函数（~MyQueue）。
- 对于Stack类的自定义类型成员，自动调用对应的默认构造函数（Stack）和析构函数（~Stack），大大简化代码。
- 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。
四、拷贝构造函数（copy constructor）
4.1 概念
在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一模一样的新对象呢？
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。
4.2 特性
拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特性如下：
- 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
- 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 = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(const Date& d)//拷贝构造函数
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Print();
Date d2(2023, 12, 5);
d2.Print();
Date d3(d2);//拷贝构造
d3.Print();
return 0;
}
大家可能会很疑惑，为什么只能是传引用，而不能是传值呢？
请看下面代码：
//传值传参
void Func1(Date d)
{}
//传引用传参
void Func2(Date& d)
{}
int main()
{
Date d;
Func1(d);//传值调用
Func2(d);//传引用调用
return 0;
}
经过调试，我们可以发现：在传值传参时，会调用拷贝构造函数；而在传引用传参时，并不需要。
那么，再看看写成传值传参的拷贝构造函数，是多么的恐怖。
Date(Date d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
分析：
- 每次要拷贝对象时，传值传参
- 而传值传参，又要拷贝对象
- 这样，就会形成无穷递归。这其实类似于先有鸡，还是先有蛋的悖论。
- 若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。 在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型成员是按照字节方式直接拷贝的，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。而自定义类型成员是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。
那么，如果每次都直接使用默认生成的拷贝构造函数可以吗？答案是，当然不可以！
再来回顾一下栈类Stack，试试默认生成的拷贝构造函数。
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 10)//构造函数
{
_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail");
return;
}
_top = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(int x)
{
//CheckCapacity();
_a[_top++] = x;
}
//...
~Stack()//析构函数
{
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack s1;
s1.Push(1);
s1.Push(2);
s1.Push(3);
s1.Push(4);
Stack s2(s1);
return 0;
}
运行的时候会发现，上述程序会崩溃，这是为什么呢？
分析：
- 此时把s1拷贝给s2，因为没有显式定义拷贝构造函数，所以默认生成拷贝构造函数。
- 而默认生成的拷贝构造函数，对于内置类型都是浅拷贝，即把值复制过去。
- 所以，就造成了s2的_a与s1的_a指向同一块空间
- 那么在调用析构函数资源销毁时，就会重复释放同一块动态开辟的空间，导致程序崩溃
那么，这种情况就不是浅拷贝能解决的了，则必须显式定义拷贝构造函数进行深拷贝
- 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。
深拷贝实现如下：
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
{
_a = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
_top = 0;
_capacity = capacity;
}
Stack(const Stack& st)//深拷贝
{
_a = (DataType*)malloc(st._capacity * sizeof(DataType));
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
_top = st._top;
_capacity = st._capacity;
}
~Stack()
{
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
DataType* _a;
int _top;
int _capacity;
};
五、构造、析构、拷贝构造函数总结对比
5.1 构造函数
- 函数名：类名
- 无返回值
- 自动调用
- 可重载
- 默认生成的构造函数，只对自定义类型成员调用其对应的构造函数
- 一个类只能有一个默认构造函数
- 根据需求，自行判断是否需要显式定义
5.2 析构函数
- 函数名：~类名
- 无参无返回值
- 自动调用
- 不可重载
- 默认生成的析构函数，只对自定义类型成员调用其对应的析构函数
- 一个类只能有一个析构函数
- 有资源申请，一定要显式定义
5.3 拷贝构造函数
- 构造函数的重载（拥有构造函数特性1，2，3）
- 参数：类对象的引用
- 默认生成的拷贝构造函数，只对自定义类型成员调用其对应的拷贝构造函数，对内置类型成员浅拷贝
- 一个类一般只需要一个拷贝构造函数
- 有资源申请，一定要显式定义
六、赋值运算符重载
6.1 运算符重载
内置类型可以直接使用运算符，那么自定义类型是否能使用运算符呢？
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：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)
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
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;
Date d2(d1);
operator==(d1, d2);//一般不这样写
d1 == d2;//等价于上述函数调用
cout << (d1 == d2) << endl;
return 0;
}
这里，我们是直接将private取消，才让外部函数可以访问类的内置类型。但是，这样封装性又得不到保证了。
所以，我们可以把运算符重载定义为成员函数。
class Date
{
public:
Date(int year = 1, 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& d)
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2(d1);
d1.operator==(d2);//一般不这样写
d1 == d2;//等价于上述写法
return 0;
}
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。
6.2 赋值运算符重载
前面讲完了运算符重载的前置知识，那么我们就来实现d1 = d2这样的赋值操作
赋值运算符重载格式
- 参数类型：const 类名&，传递引用可以提高传参效率
- 返回值类型：类名&，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 ：要符合连续赋值的含义
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void operator=(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2022, 10, 24);
Date d2(2023, 5, 3);
d1 = d2;
return 0;
}
但是，要注意到赋值运算符的特殊场景
- 连续赋值，比如d3 = d2 = d1
- 原地赋值，比如d1 = d1
所以，我们有以下改进版本：
Date& operator=(const Date& d)
{
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
- 同样，若未显式定义，默认生成的赋值重载，对自定义类型成员调用对应的赋值重载，对于内置类型成员浅拷贝。
- 所以，如果一旦涉及到资源申请时，则赋值重载是一定要显式定义的，否则就是浅拷贝。
七、日期类的实现
注意：
- 日期+日期没有意义，但是日期-日期有意义，代表间隔的天数
- 日期±天数都有意义，代表往前/后天数的日期
- 为了与前置++/- -区分，后置++/- -声明参数类型为int（无意义，仅用于占位符，以作区分）
- 这里重载了<<（流插入）和>>（流提取）操作符，运用了友元（后续会讲）
date.h
#pragma once
#includedate.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"date.h"
int GetMonthDay(int year, int month)
{
int a[] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0))
{
return 29;
}
return a[month];
}
Date::Date(int year, int month, int day)
{
if((month > 0 && month <= 12) && (day > 0 && day <= GetMonthDay(year, month)))
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
else
{
cout<<"日期非法"<<endl;
}
}
void Date::Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
bool Date::operator==(const Date& d)
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
bool Date::operator!=(const Date& d)
{
return !(*this == d);
}
bool Date::operator<(const Date& d)
{
return _year < d._year
|| (_year == d._year && _month < d._month)
|| (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool Date::operator<=(const Date& d)
{
return (*this == d) || (*this < d);
}
bool Date::operator>(const Date& d)
{
return !(*this <= d);
}
bool Date::operator>=(const Date& d)
{
return !(*this < d);
}
Date& Date::operator=(const Date& d)
{
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
//d1+=100
Date& Date::operator+=(int day)
{
if (day < 0)
{
*this -= -day;
return *this;
}
_day += day;
while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
{
_day -= GetMonthDay(_year, _month);
_month++;
if (_month == 13)
{
_year++;
_month = 1;
}
}
return *this;
}
//d1+100
Date Date::operator+(int day)
{
Date tmp(*this);
tmp += day;
return tmp;
}
//d1-=100
Date& Date::operator-=(int day)
{
if (day < 0)
{
*this += -day;
return *this;
}
_day -= day;
while (_day <= 0)
{
_day += GetMonthDay(_year, _month);
_month--;
if (_month == 0)
{
_year--;
_month = 12;
}
}
return *this;
}
//d1-100
Date Date::operator-(int day)
{
Date tmp(*this);
tmp -= day;
return tmp;
}
//d1-d2
int Date::operator-(const Date& d)
{
Date max = *this;
Date min = d;
int flag = 1;
if (max < min)
{
max = d;
min = *this;
flag = -1;
}
int i = 0;
while (min != max)
{
++min;
++i;
}
return i * flag;
}
//++d1
Date& Date::operator++()
{
*this += 1;
return *this;
}
//d1++
Date Date::operator++(int)
{
Date tmp(*this);
*this += 1;
return tmp;
}
//--d1
Date& Date::operator--()
{
*this -= 1;
return *this;
}
//d1--
Date Date::operator--(int)
{
Date tmp(*this);
*this -= 1;
return tmp;
}
八、const成员函数
8.1 概念
将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。
举个例子：
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "" << _month << "" << _day << endl;
}
private:
int _year = 1;
int _month = 1;
int _day = 1;
};
void Func(const Date& d)
{
d.Print();//err
}
int main()
{
Date d1;
Func(d1);
return 0;
}
分析：上述代码在Func函数内部（常引用，const修饰），调用Print函数（this指针没有const修饰），造成权限的放大，所以编译器报错。
8.2 使用方式
那么，我们应该怎么做呢？
我们无法显式修饰const，所以语法规定了一种写法——在成员函数名后接const
class Date
{
public:
void Print() const
{
cout << _year << "" << _month << "" << _day << endl;
}
private:
int _year = 1;
int _month = 1;
int _day = 1;
};
这样，编译器就会自动对this指针进行const修饰。
注意：只对功能不改变对象本身的成员函数，进行const修饰。
那么请思考下面的几个问题：
- const对象可以调用非const成员函数吗？
- 非const对象可以调用const成员函数吗？
- const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗？
- 非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗？
8.3 日期类（const修饰版）
下面是日期类实现中，const修饰后的版本：
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1);
void Print() const;
bool operator==(const Date& d) const;
bool operator!=(const Date& d) const;
bool operator<(const Date& d) const;
bool operator<=(const Date& d) const;
bool operator>(const Date& d) const;
bool operator>=(const Date& d) const;
Date& operator=(const Date& d);
Date& operator+=(int day);
Date operator+(int day) const;
Date& operator-=(int day);
Date operator-(int day) const;
int operator-(const Date& d) const;
Date& operator++();
Date operator++(int);
Date& operator--();
Date operator--(int);
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
注意：声明与定义分离时，两边都要加上const修饰
九、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 = 1;
int _month = 1;
int _day = 1;
};
int main()
{
Date d1;
cout << &d1 << endl;
const Date d2;
cout << &d2 << endl;
return 0;
}
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
本节学习了类的6个默认成员函数，详细了解其中的特性与使用方法。
- 其中构造函数，析构函数，拷贝构造函数和赋值运算符重载，才是我们需要重点掌握并且经常要显式定义的。
- 默认生成的构造/析构函数，对其自定义类型成员调用对应的构造/析构函数，对内置类型成员不做处理
- 默认生成的拷贝构造/赋值重载函数，对其自定义类型成员调用对应的拷贝构造/赋值重载函数，对内置类型成员浅拷贝
- 至于取地址运算符重载，比较简单，且平常不用显式定义。
看到这里了还不给博主扣个：
⛳️ 点赞☀️收藏 ⭐️ 关注！
❤️
拜托拜托这个真的很重要！
你们的点赞就是博主更新最大的动力！
有问题可以评论或者私信呢秒回哦。