类和对象（中篇）

只是雪豹2023-12-23 4:35

类的六个默认成员函数

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

我们可以把它们看作是从娘胎里带出来的东西，是与生俱来的，就算我们在类里面不写编译器也会自动生成

而这六个默认成员函数的主要功能分别如下：

下面我们就对几个默认成员函数进行更加深入的学习

构造函数

概念

我们首先给出一个日期类：

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(2022, 7, 5);
 		d1.Print();
 		Date d2;
 		d2.Init(2022, 7, 6);
 		d2.Print();
 		return 0;
	}

对于这个日期类，我们想要给一个日期初始化，我们首先想到的就是写一个init的初始化函数，但如果每次创建对象时都调用该方法设置信息，就会有点麻烦，那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？

我们C++的祖师爷就想到了一个办法：

创造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。

而这个函数就是我们所说的构造函数

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。

构造函数具有以下特性：

  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。

下面给出一段代码进行参考

本段代码中有两个与类名相同的函数，但是一个有参数，一个无参数，但是他们两个都是date类的构造函数

也就是说，一个类里面可以有多个构造函数

 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;
 };

这里还需要注意，调用无参构造函数时不要加上括号，否则就成了函数声明

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
     //这里会报错
      Date d3();
 }
  1. 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。

请看一段代码：

我们首先是将我们自己定义的构造函数注释掉的，编译器就自动生成了构造函数，但是如果取消注释的话，就会编译错误

因为代码中调用了无参的构造函数，但是我们已经定义了有参数的构造函数，编译器不在自动生成无参构造函数，所以就会报错

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
      // 无参构造函数，放开后报错：error C2512: "Date": 没有合适的默认构造函数可用
 	Date d1;
	return 0;
 }
  1. 关于编译器生成的默认成员函数，很多童鞋会有疑惑：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d对象_year/_month/_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？？
    解答：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_t调用的它的默认成员函数。

什么意思呢？请看一段代码

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;
}

我们用调试来看看d的内容是否被初始化：

我们可以看到d的内容都是随机值，并且编译器爆出警告未初始化，因为_year等是内置类型，编译器自动生成的默认成员函数不对其起作用，只对自定义类型起作用

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。

例如：

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 = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

  1. 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。
    请看下面这段代码：
    这段代码是不能编译通过的，因为Date()是无参构造函数，Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)是全缺省构造函数，他们两个都被认作是默认构造函数，但是默认生成的构造函数只能有一个，所以随便注释掉其中一个即可

    class Date
    {
    public:
    Date()
    {
    _year = 1900;
    _month = 1;
    _day = 1;
    }
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
    {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
    }
    private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
    };
    // 以下测试函数能通过编译吗？
    void Test()
    {
    Date d1;
    }

析构函数

概念

其实析构函数和构造函数的很多特性都相同

析构函数：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。

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（就因为析构函数没有参数）

  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。

  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。

请看代码：

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;
}

运行结果：

这就表明了程序在清理d的时候调用了time类的析构函数，因为d的的成员变量中就包括了一个time类的对象，而其他三个成员变量都是内置类型，由系统直接回收，但是销毁的过程不是我们想的这么简单的

// 程序运行结束后输出：~Time()
// 在main方法中根本没有直接创建Time类的对象，为什么最后会调用Time类的析构函数？
// 因为：main方法中创建了Date对象d，而d中包含4个成员变量，其中_year, _month, 
//_day三个是内置类型成员，销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可；而_t是Time类对
//象，所以在d销毁时，要将其内部包含的Time类的_t对象销毁，所以要调用Time类的析构函数。但是：
//main函数中不能直接调用Time类的析构函数，实际要释放的是Date类对象，所以编译器会调用Date
//类的析构函数，而Date没有显式提供，则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数，目的是在其内部
//调用Time类的析构函数，即当Date对象销毁时，要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁
//main函数中并没有直接调用Time类析构函数，而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数
// 注意：创建哪个类的对象则调用该类的析构函数，销毁那个类的对象则调用该类的析构函数
  1. 如果类中没有申请资源时，析构函数可以不写（自动回收），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。

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

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。

写法如下：

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

这里需要注意：
传参也需要调用拷贝构造！

所以不能使用传值传参的方式，否则就会无穷递归

  1. 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。

  1. 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？当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢？验证一下试试？

请看代码：

这段代码跑起来就会奔溃：

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;
}

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。

  1. 拷贝构造函数典型调用场景：

1 使用已存在对象创建新对象

2 函数参数类型为类类型对象

3 函数返回值类型为类类型对象

注意：
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。

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，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：

1 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@

2 重载操作符必须有一个类类型参数

3 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

4 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。

具体操作请看代码：

// 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。或者直接放类里面
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) << endl;
}

这里还需要注意隐含参数this

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
    1 参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率
    2 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
    3 检测是否自己给自己赋值
    4 返回*this ：要复合连续赋值的含义
    例如：
    这段代码的return this 的操作就是为了能够连续赋值

    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;
    };

  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

  3. 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。

前置++和后置++重载

对于前置++

我们直接写成：

Date& operator++()

而后置的++

C++固定写成

在调用是编译器会自动识别你的前置++后后置++来分别调用两个函数

Date& operator++(int)

请看代码：

对于函数结束后不会销毁的变量我们就用引用来提高效率

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// 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;
	}
	// 后置++：
	// 前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++形成能正确重载
	// 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
	// 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;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d;
	Date d1(2022, 1, 13);
	d = d1++;    // d: 2022,1,13   d1:2022,1,14
	d = ++d1;    // d: 2022,1,15   d1:2022,1,15
	return 0;
}

好了，今天的分享d到这里就结束了，感谢大家的支持！

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