C++类中的4个特殊函数 - 缺省构造函数、拷贝构造函数、拷贝赋值操作符和析构函数
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a. C++标准中提到“The default constructor, copy constructor and copy assignment operator, and destructor are special member functions.[Note: The implementation will implicitly declare these member functions for some class types when the program does not explicitly declare them. The implementation will implicitly define them if they are used.]”。即缺省构造函数、拷贝构造函数、拷贝赋值操作符和析构函数是特殊成员函数。
b. “Constructors do not have names. A special declarator syntax using an optional sequence of function- specifiers(inline, virtual and explicit) followed by the constructor’s class name followed by a parameter list is used to declare or define the constructor.” 构造函数没有名称。
c. 构造函数不能有返回类型，也不能由virtual, const, static 和 volatile来修饰。但可以由inline来修饰，事实上隐式构造函数就是用inline来修饰的。inline表示编译时展开，通常速度块；virtual表示运行时绑定，通常意味着灵活。
d. 类中存在虚函数或者有虚基类的情况下需要显式声明构造函数。拷贝构造函数也是如此。
f. 构造函数是一种特殊函数，而拷贝构造函数是一种特殊的构造函数。类X的构造函数的第一个参数必须为X&，或者const X&；除了第一个参数外，构造函数要么不存在其他参数，如果存在其他参数，其他参数必须有默认值。一个类可以有多个拷贝构造函数。它的形式如下：
X::X(X& x)
X::X(const X& x)
X::X(X& x, int a = 0, int b = 1…)
g. 什么时候会调用拷贝构造函数？
以下三种情况出现时，会调用一个类的拷贝构造函数：
1) 用一个已经实例化了的该类对象，去实例化该类的另外一个对象；
2) 用该类的对象传值的方式作为一个函数的参数；
3) 一个函数返回值为该类的一个对象。
运行下面代码以验证之：
#include <iostream>
using namespace std;
class CA
{
public:
int a;
int b;
public:
inline CA()
{
a = 1;
b = 1;
}
inline CA(int A, int B)
{
a = A;
b = B;
}
inline CA(CA& x)
{
a = x.a;
b = x.b;
cout << "copy constructor is called." << endl;
}
void printInfo()
{
cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl;
}
};
int someFun1(CA x)
{
return x.a + x.b;
}
CA someFun2(int a, int b)
{
CA ca(a, b);
return ca;
}
int main(void)
{
CA a;
// CA b(); // 不能用这种方式声明CA的对象b！
CA c(10, 10);
CA d(c); // 情况1) -> 调用拷贝构造函数
int anInt = someFun1(c); // 情况2) -> 调用拷贝构造函数
CA e = someFun2(11, 11); // 情况3) -> 调用拷贝构造函数
return 0;
}
运行结果：
运行结果表明，上述结论是正确的。
h. 什么时候必须要显式声明拷贝构造函数？
拷贝构造函数的作用就是用一个已经实例化了的该类对象，去实例化该类的另外一个对象。
1) 下面的代码并没有显式声明一个构造函数，编译器会自动为类CExample1生成一个缺省的隐式拷贝构造函数：
#include <iostream>
using namespace std;
class CExample1
{
private:
int a;
public:
CExample1(int b){a = b;}
void SetValue(int a){this->a = a;}
void Show(){cout << a << endl;}
};
int main(void)
{
CExample1 A(100);
CExample1 B = A; // 调用了缺省的隐式拷贝构造函数
CExample1 C(B); // 调用了缺省的隐式拷贝构造函数
B.Show(); // 输出应该是100
B.SetValue(90);
B.Show(); // 输出应该是90
A.Show(); // 输出应该是100
C.Show(); // 输出应该是100
return 0;
}
输出为：
2) 如果有成员变量以指针形式存在，涉及动态内存分配等情况下，一定要显式声明拷贝构造函数。要注意到，如果需要显式定义拷贝构造函数，那么通常都是需要同时定义析构函数(因为通常涉及了动态内存分配)，至于是否必须重载操作符“=”，要视情况而定。
#include <iostream>
using namespace std;
class CSomething
{
public:
int a;
int b;
public:
CSomething(int a, int b)
{this->a = a; this->b = b;}
};
class CA
{
private:
CSomething* sth; // 以指针形式存在的成员变量
public:
CA(CSomething* sth){this->sth = new CSomething(sth->a, sth->b);}
~CA()
{
cout << "In the destructor of class CA..." << endl;
if (NULL != sth) delete sth;
}
void Show(){cout << "(" << sth->a << ", " << sth->b << ")" << endl;}
void setValue(int a, int b){sth->a = a; sth->b = b;}
void getSthAddress()
{
cout << sth << endl;
}
};
int main(void)
{
CSomething sth(1, 2);
CA ca(&sth);
ca.Show();
CA cb(ca); // 调用缺省的隐式拷贝构造函数
cb.Show();
cb.setValue(2, 3);
ca.Show();
cb.Show();
ca.getSthAddress();
cb.getSthAddress();
return 0;
}
上面的程序没有显式声明拷贝构造函数，运行结果如下：
可见，ca和cb中的指针成员变量sth指向的是同一个内存地址(Console输出的第5、6行)，这就是为什么在cb.setValue(2, 3)后，ca对应的内容也发生了改变(Console输出的第3、4行)，而这不是我们所期望的；其次，我们生成了两个对象ca和cb，因此对两次调用析构函数，第一次调用析构函数的时候没有问题，因为此时sth里面有内容，第二次调用析构函数时，sth里面的内容由于在第一次调用析构函数的时候已经被delete了，所以会出现如上的错误提示。
保持其他代码不变，现在我们增加一个拷贝构造函数如下：
CA(CA& obj)
{
sth = new CSomething((obj.sth)->a, (obj.sth)->b);
}
再运行上面的程序，所得到的结果如下：
这次，ca和cb中的指针成员变量sth指向的不是同一个内存地址(Console输出的第5、6行)了，这就是为什么在cb.setValue(2, 3)后，ca对应的内容保持不变，而cb的内容该如愿地改为(2, 3)(Console输出的第3、4行)；其次，析构函数也不会报告错误了。
3) 关于拷贝构造函数另外一个完整的例子，其中包含了copy constructor，destructor 和copy assignment operator。
#include <iostream>
using namespace std;
class Point
{
public:
int _x;
int _y;
public:
Point();
Point(int, int);
};
Point::Point()
{
_x = 0;
_y = 0;
}
Point::Point(int x, int y)
{
_x = x;
_y = y;
}
class CA
{
public:
Point* _point;
public:
CA(const Point*);
void setPointValues(int, int);
void printCoordinates();
// 需要增加的拷贝构造函数
CA(const CA&);
// 需要增加的析构函数
virtual ~CA();
// 需要增加的拷贝赋值函数
CA& operator = (const CA&);
};
CA::CA(const Point* point)
{
_point = new Point(); // 发生了动态内存分配！因此不能缺少析构函数。
_point->_x = point->_x;
_point->_y = point->_y;
}
// 需要增加的拷贝构造函数的实现
CA::CA(const CA& ca)
{
_point = new Point();
_point->_x = (ca._point)->_x;
_point->_y = (ca._point)->_y;
}
// 需要增加的析构函数的实现
CA::~CA()
{
if(!_point) delete _point;
}
// 需要增加的拷贝赋值函数的实现
CA& CA::operator = (const CA& ca)
{
_point = new Point();
_point->_x = (ca._point)->_x;
_point->_y = (ca._point)->_y;
return *this;
}
void CA::setPointValues(int x, int y)
{
_point->_x = x;
_point->_y = y;
}
void CA::printCoordinates()
{
cout << "Coordinates = (" << _point->_x << ", " << _point->_y << ")" << endl;
}
int main(void)
{
Point apoint(1, 2);
CA ca(&apoint);
ca.printCoordinates();
CA cb(ca); // 调用拷贝构造函数
cb.printCoordinates();
cb.setPointValues(12, 12);
cb.printCoordinates();
ca.printCoordinates();
CA cc = cb; // 调用拷贝赋值函数
cc.printCoordinates();
cc.setPointValues(13, 13);
ca.printCoordinates();
cb.printCoordinates();
cc.printCoordinates();
return 0;
}