【C++杂货铺】详解类和对象 [中]

博主：代码菌@-CSDN博客

专栏：C++杂货铺_代码菌@的博客-CSDN博客

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目录

前言

类的6个默认成员函数

构造函数

  概念

  特性（灰常重要）

析构函数

  概念

  特性

对象销毁顺序

拷贝构造函数

   概念

   特性

赋值运算符重载

 运算符重载

  赋值运算符重载

  扩展：前置/后置++重载

总结

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前言

        欢迎收看本期【C++杂货铺】，这期内容，我们将围绕C++中类和对象部分内容进行讲解，包括了 6个默认构造函数，重点是构造和析构函数，拷贝复制函数等内容。

        如果你想学习C++，或者刚学完C语言衔接C++，那么这篇文章将会非常有效的帮助你理解。

类的6个默认成员函数

        如果我们创建一个类，里面没有包含任何成员，就称为空类。

class Date{};

        但是，空类真的是什么也没有定义吗？不是，会默认生成6个默认成员函数。

构造函数

  概念

        构造函数完成的是初始化工作。构造函数不是创建空间，实例化对象的过程，而是创建对象时，编译器自动调用构造函数，初始化对象。

        构造函数是一种特殊的成员函数，是在创建类的对象时，编译器自动调用的函数，以确保每个对象都有一个合适的初始值，并且在该对象的整个声明周期中只调用1次。

        类的对象创建时，必须初始化，但我们有时没写过构造函数，为什么能编译过去呢，因为编译器会自动生成。

 class Date
 {
  public:
      // 1.无参构造函数
      Date()
     {}
  
      // 2.带参构造函数
      Date(int year, int month, int day)
     {
          _year = year;
          _month = month;
          _day = day;
     }
  private:
      int _year;
      int _month;
      int _day;
 };

  void TestDate()
 {
      Date d1; // 调用无参构造函数
      Date d2(2015, 1, 1); // 调用带参的构造函数
  
      // 注意：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
      // 以下代码的函数：声明了d3函数，该函数无参，返回一个日期类型的对象
      // warning C4930: “Date d3(void)”: 未调用原型函数(是否是有意用变量定义的?)
      Date d3();
 }

        需要注意的是，如果我们想要无参初始化对象，不需要带()

  特性（灰常重要）

        1. 函数名与类名相同。

        2. 无需返回值，即不需要写返回值类型。

        3. 构造函数可以重载。

        4. 对象实例化过程中，编译期自动调用构造函数。

 class Date
 {
  public:
      // 1.无参构造函数
      Date()
     {}
  
      // 2.带参构造函数
      Date(int year, int month, int day)
     {
          _year = year;
          _month = month;
          _day = day;
     }
  private:
      int _year;
      int _month;
      int _day;
 };

        5. 如果类中没有显示定义构造函数，编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，如果显示定义构造函数，编译器将不再生成默认构造函数。

 class Date
 {
  public:
 /*
 // 如果用户显式定义了构造函数，编译器将不再生成
 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()
 {
 // 将Date类中构造函数屏蔽后，代码可以通过编译，因为编译器生成了一个无参的默认构造函数

 // 将Date类中构造函数放开，代码编译失败，因为一旦显式定义任何构造函数，编译器将不再生成
 // 但此时，d1没有传递任何参数，此时可以采用函数全缺省来解决。


 Date d1;
 return 0;
 }

        6. 编译器生成的默认构造函数，对内置数据类型不做处理，对自定义数据类型会调用它的默认构造函数。（C++11标准规定，可以再成员变量声明时给缺省值值。）

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;
}

        但是，我们可以在比变量声明中给默认值。

        绝大数情景下面，都需要我们自己创建构造函数。

        7. 默认构造函数分为：编译器自生成的构造函数、全缺省的构造函数、自定义无参数的构造函数，并且以上三种只能存在一种。即不需要传参的构造函数就是默认构造函数。

        （如果类 没有默认构造函数，并且要实例化无参数类的对象，编译器会报错）

 class Date
 {
  public:
      // 1.无参构造函数
      Date()
     {}
  
      // 2.全缺省构造函数
      Date(int year = 2024, int month = 1, int day = 1)
     {
          _year = year;
          _month = month;
          _day = day;
     }
  private:
      int _year;
      int _month;
      int _day;
 };

        如果自己定义了构造函数，编译器就不会自动生成，而全缺省和无参构造函数理论上可以重载，但是在编译过程中，编译器不知道是哪一个。

        大多数情况下，推荐使用全缺省构造函数。

析构函数

  概念

        构造是初始化资源，那么析构函数就是释放资源。注意是释放资源，不是释放对象空间。如我们对象中有一个指针，维护一个动态开辟的空间。

        与构造函数功能相反，析构函数不是完成对象本身的销毁，局部对象的销毁工作是由编译器完成的。而对象在销毁时自动调用析构函数，完成对象中资源的清理工作。

  特性

1. 析构函数名是在类名前面加上 ~。

2. 无参数无返回值类型。

3. 一个类只能有一个析构函数。若未定义，系统会自动生成析构函数。注意，析构函数不能重载。

4. 对象生命周期结束时，C++编译器系统自动调用析构函数。

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++;
	}
	// 其他方法...
	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = NULL;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};
void TestStack()
{
	Stack s;
	s.Push(1);
	s.Push(2);
}

5. 编译器自动生成的析构函数，内置类型成员，销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可，对自定义类型成员会调用它的析构函数。

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;
}

        即使没有创建Time类的对象，依然会调用Time类的析构函数。因为创建了Date类的对象，d的生命周期结束时，自动调用析构函数。

        对于内置类型不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可，而_t是Time类对象，所以会调用Time类的析构函数，所以最后打印~Time()。

6. 如果类中没有申请资源，析构函数可以不写，直接使用编译器自动生成的默认析构函数，；若有自愿申请，一定要写，否则会造成资源泄露。

对象销毁顺序

class Test
{
private:
	int _a;
public:
	Test(int a = 1)
	{
		_a = a;
	}
	~Test()
	{
		cout << _a << endl;
	}
};

Test t4(5);
static Test t5(4);

int main()
{
	Test t1(1);
	Test t2(2);

	static Test t3(3);

	return 0;
}

        这里，我们创建5个同类的对象，在对象销毁，析构资源时，打印看看谁先销毁。

        是采用后进先出，先局部后全局的原理。即先销毁局部空间的对象，按照后进先出的方式；在销毁全局空间的对象，按照后进先出的原理。

拷贝构造函数

   概念

        如果我们想要用已有的对象为基础创建一个新对象，就必须在创建新对象时，拷贝已有对象。

        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 。

        

   特性

1. 拷贝构造函数是构造函数的重载形式之一。

2. 拷贝构造函数的参数只有1个，且必须是类对象的引用。（不能使用传值调用，编译器会直接报错，因为会引起无穷递归。）

        我们首先来看一下，C++中自定义类型的传值调用。以下面代码为例，func1是传值调用，func2是传引用。

class Date
{
public:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

	//默认构造函数
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
    //拷贝构造函数
	Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._month;
	}
};

void func1(Date d)
{
	cout << d._year << endl;
}

void func2(Date& d)
{
	cout << d._year << endl;
}

int main()
{
	Date d1(2024,1,1);

	func1(d1);
	func2(d1);
}

        C++规定，自定义类型传参的时候都会调用拷贝构造函数。所以自定义类型传参的时候，推荐使用引用，引用就是对象的别名。

        这是在函数中使用传参调用，如果在拷贝构造函数中使用传参调用呢？就会造成无穷递归调用。

3. 若显示未定义拷贝构造函数，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中字节序完成拷贝，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;
}

        在编译器生成的默认拷贝拷贝构造函数中，内置类型是按照字节序方式直接拷贝的，而自定义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。

4. 编译器生成的拷贝构造函数已经完成了字节序的值拷贝，但只是浅拷贝，不能完成深拷贝的工作。如果涉及到资源的申请，必须使用自定义的拷贝构造函数，完成深拷贝任务。

        例如，我们有一个指针，维护动态开辟的空间，浅拷贝后，新对象中的指针还是指向同一块空间。对象销毁，析构资源时，释放两次内存空间，编译器会报错。

        程序结束后，析构资源师，会发生运行错误。因为对同一块空间释放了两次。

        总结，类如果没涉及申请资源，拷贝构造函数可以不写；一旦涉及申请资源，拷贝构造函数一定要写，否则就是浅拷贝。

5. 拷贝构造函数使用场景：

 ● 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

        一般情况下，函数返回值为值传递时，即函数返回值类型化是类时，编译器会自动优化，是不会显示调用拷贝构造函数的。

        当函数返回一个值时，如果返回类型是通过值传递的，会发生拷贝构造函数的调用。这意味着会生成一个临时对象作为返回值，并使用拷贝构造函数将函数内部的对象复制到该临时对象中。

        在这种情况下，编译器会使用拷贝构造函数创建一个临时对象，该临时对象将被返回给调用者。这个临时对象的生命周期是在函数返回后结束的。

        需要注意的是，对于一些现代的编译器，会使用返回值优化（Return Value Optimization，简称 RVO）或命名返回值优化（Named Return Value Optimization，简称 NRVO）技术，通过避免不必要的拷贝构造函数调用来提高性能。这些优化技术可以避免创建临时对象，直接将函数内部的对象放置在返回值的位置上。

        总结起来，当函数返回一个通过值传递的对象时，会涉及到拷贝构造函数的调用，但优化技术可能会避免创建临时对象，直接将对象放置在返回值的位置上。

赋值运算符重载

 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。

        例如，对于内置类型，编译器支持+，-，*，/等运算，对于自定义类型，编译器却不支持，所以引入了运算符重载的概念。

函数名： 关键字operator 后面接需要重载的运算符号。

函数原型：返回值类型   operator运算符(参数列表)

注意：

        ● 不能通过连接其他符号来创建新的操作符，例如operator@，必须是C/C++语法存在的。

        ● 重载运算符必须有一个类 类型参数

        ● 用于内置类型的运算符不能重载，其含义不能改变。

        ● 作为类的成员函数重载时，形参比实际操作数少1，因为成员函数的第一个参数是隐藏的this指针。

        ● ① .*    ② ::   ③ sizeof   ④ ?:    ⑤ .     这5个运算符不能重载

        此外，通常情况下，对于类的成员变量一般是封装起来的，是私有的，所以，一般情况下，运算符重载一般 重载成成员函数。

        下面是，成员变量是公有的情况：

// 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;
}
void Test ()
{
    Date d1(2018, 9, 26);
    Date d2(2018, 9, 27);
    cout<<(d1 == d2)<

        下面是，成员变量是私有的情况：

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;
};

  赋值运算符重载

 1. 赋值运算符重载格式

         ● 参数类型： const T& ,传引动可以提高传参效率。

        ● 返回值类型： T& ，返回引用可以提高返回的效率，有返回值的目的是支持连续赋值。

        ● 检测是否给自己赋值。

        ● 返回*this ： 要符合连续赋值的含义。

class Date
{ 
public :
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
   {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
   }
 
 Date (const Date& d)
   {
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
   }
 
 Date& operator=(const Date& d)
 {
 if(this != &d)
       {
            _year = d._year;
            _month = d._month;
            _day = d._day;
       }
        
        return *this;
 }
private:
 int _year ;
 int _month ;
 int _day ;
};

        赋值运算符重载返回不需要const修饰，规定就是返回被赋值的对象,而不是临时对象。例如：

int i = 1；
int j = 2;
(i = j ) = 10;

        以上代码的含义就是，j赋值给i,返回i，i此时为2，最后将 i 赋值为10。

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。

class Date
{
public:
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
 {
 _year = year;
 _month = month;
 _day = day;
 }
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};
// 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;
}
// 编译失败：
// error C2801: “operator =”必须是非静态成员

        可以简单理解为，当创建为全局函数时，与类中的赋值运算符重载冲突，因为赋值运算符重载时默认成员函数，在类中如果没有显示定义，编译器会自动生成。

3. 用户没有显示定义是，编译器会默认生成一个默认赋值运算符重载，以值的形式逐字节拷贝， 也就是浅拷贝。

        （ 对于内置数据类型是直接赋值，即浅拷贝；对于自定义数据类型，调用它的默认赋值运算符重载完成赋值。）

        如同拷贝构造函数一样，如果涉及到资源的申请，必须要自己实现赋值运算符重载，完成深拷贝。

此外，我们来对比一下拷贝构造函数与赋值运算符重载的概念

拷贝构造函数： 使用一个已有的类对象，来初始化一个正在创建的对象。

赋值运算符重载：已存在两个类的对象，将一个对象中的数据拷贝到另一个对象中。

    Date d1;
    Date d2 = d1;

    对于上面这两行代码，蛇拷贝构造韩式赋值运算符重载呢？是拷贝构造，不能看到=，就认为是赋值运算符重载，d2是正在创建的对象。

 += 和 + 的重载

        我们可以重载+=运算符，在+中复用+=，会大大减少代码工作。

// 日期 += 天数
Date& Date::operator+=(int day)
{
	_day += day;
	while(_day > GetMonthDaye(_year, _month))
	{
		_day -= GetMonthDaye(_year, _month);
		_month++;
		if (_month > 12)
		{
			_year++;
			_month = 1;
		}
	}
	return *this;
}

// 日期 + 天数
Date Date::operator+(int day)
{
	Date temp(*this);
	temp += day;
	return temp;
}

        这也意味着，也可以先重载+，再在+=中复用，但这种写法比上面写法效率更低。因为在+中创建临时变量，又在+=中调用+ 又创建临时变量。

        

  扩展：前置/后置++重载

        前置++：返回+1之后的结果。

        后置++：是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值。

        C++规定，后置++重载时多增加1个int类型的参数，但调用函数时不用传递，便编译器自动传递。

Date& operator++()
{
     _day += 1;
     return *this;
}
Date operator++(int)
{
     Date temp(*this);
     _day += 1;
     return temp;
}

Date d1;
d1++;
+=d1;

        同理，前置/后置-- 也一样。

总结

        总结，我们就对默认成员函数最重要的部分内容进行了讲解，包含了构造函数，析构函数，拷贝构造函数和赋值运算符重载，深入研究了它们的特性。

        以上知识的零碎点较多，需要我们不断的实践，巩固自己。

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