【C++】类和对象（中）

1. 类的默认成员函数

默认成员函数就是用户没有显式实现，编译器会⾃动生成的成员函数称为默认成员函数。⼀个类，我们不写的情况下编译器会默认生成以下6个默认成员函数，需要注意的是这6个中最重要的是前4个，最后两个取地址重载不重要，我们稍微了解⼀下即可。其次就是C++11以后还会增加两个默认成员函数，移动构造和移动赋值，这个我们后⾯再讲解。默认成员函数很重要，也比较复杂，我们要从两个方面去学习：

第⼀：我们不写时，编译器默认⽣成的函数行为是什么，是否满足我们的需求。
第⼆：编译器默认⽣成的函数不满⾜我们的需求，我们需要自己实现，那么如何自己实现？

2. 构造函数

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(我们常使用的局部对象是栈帧创建时，空间就开好了)，而是对象实例化时初始化对象。构造函数的本质是要替代我们以前Stack和Date类中写的Init函数的功能，构造函数⾃动调⽤的特点就完美的替代的了Init。
构造函数的特点：

函数名与类名相同。
无返回值。 (返回值啥都不需要给，也不需要写void，不要纠结，C++规定如此)
对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。
构造函数可以重载。
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。
无参构造函数、全缺省构造函数、我们不写构造时编译器默认⽣成的构造函数，都叫做默认构造函数。但是这三个函数有且只有⼀个存在，不能同时存在。⽆参构造函数和全缺省构造函数虽然构成函数重载，但是调用时会存在歧义。要注意很多同学会认为默认构造函数是编译器默认⽣成那个叫默认构造，实际上无参构造函数、全缺省构造函数也是默认构造，总结⼀下就是不传实参就可以调用的构造就叫默认构造。
我们不写，编译器默认生成的构造，对内置类型成员变量的初始化没有要求，也就是说是是否初始化是不确定的，看编译器。对于⾃定义类型成员变量，要求调⽤这个成员变量的默认构造函数初始化。如果这个成员变量，没有默认构造函数，那么就会报错，我们要初始化这个成员变量，需要用初始化列表才能解决，初始化列表，我们下个章节再细细讲解。

说明：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原⽣数据类型，如：int/char/double/指针等，⾃定义类型就是我们使⽤class/struct等关键字⾃⼰定义的类型。

#include<iostream>
using namespace std;
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;
    }

    // 3.全缺省构造函数
    /*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()
{
    // 如果留下三个构造中的第⼆个带参构造，第⼀个和第三个注释掉
    // 编译报错：error C2512: "Date": 没有合适的默认构造函数可⽤

    Date d1; // 调⽤默认构造函数
    Date d2(2025, 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，否则编译器⽆法
    // 区分这⾥是函数声明还是实例化对象
    // 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();
    d1.Print();
    d2.Print();
    return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;

class Stack
{
public:
    Stack(int n = 4)
    {
        _a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
        if (nullptr == _a)
        {
            perror("malloc申请空间失败");
            return;
        }
        _capacity = n;
        _top = 0;
    }
// ...
private:
    STDataType* _a;
    size_t _capacity;
    size_t _top;
};

// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
    //编译器默认⽣成MyQueue的构造函数调⽤了Stack的构造，完成了两个成员的初始化
private:
    Stack pushst;
    Stack popst;
};

int main()
{
    MyQueue mq;
    return 0;
}

3. 析构函数

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，⽐如局部对象是存在栈帧的，函数结束栈帧销毁，他就释放了，不需要我们管，C++规定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释放工作。析构函数的功能类比我们之前Stack实现的Destroy功能，而像Date没有Destroy，其实就是没有资源需要释放，所以严格说Date是不需要析构函数的。
析构函数的特点：

析构函数名是在类名前加上字符 ~。
无参数无返回值。 (这⾥跟构造类似，也不需要加void)
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。
对象⽣命周期结束时，系统会自动调⽤析构函数。
跟构造函数类似，我们不写编译器⾃动⽣成的析构函数对内置类型成员不做处理，自定类型成员会调⽤他的析构函数。
还需要注意的是我们显示写析构函数，对于自定义类型成员也会调⽤他的析构，也就是说自定义类型成员无论什么情况都会自动调⽤析构函数。
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，如Date；如果默认⽣成的析构就可以⽤，也就不需要显示写析构，如MyQueue；但是有资源申请时，⼀定要自己写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。
⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。

#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
```
 ~Stack()
 {
     cout << "~Stack()" << endl;
     free(_a);
     _a = nullptr;
     _top = _capacity = 0;
 }
```
private:
```
 STDataType* _a;
 size_t _capacity;
 size_t _top;
```
};

// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
//编译器默认⽣成MyQueue的析构函数调⽤了Stack的析构，释放的Stack内部的资源
// 显⽰写析构，也会⾃动调⽤Stack的析构
/~MyQueue()
{}/

private:
Stack pushst;
Stack popst;
};

int main()
{
Stack st;
MyQueue mq;
return 0;
}

对比⼀下⽤C++和C实现的Stack解决之前括号匹配问题isValid，我们发现有了构造函数和析构函数确实方便了很多，不会再忘记调⽤Init和Destory函数了，也方便了不少。

#include<iostream>
using namespace std;

// ⽤最新加了构造和析构的C++版本Stack实现
bool isValid(const char* s)
{
    Stack st;
    while (*s)
    {
        if (*s == '[' || *s == '(' || *s == '{')
        {
            st.Push(*s);
        }
        else
        {
            // 右括号⽐左括号多，数量匹配问题
            if (st.Empty())
            {
                return false;
            }
            // 栈⾥⾯取左括号
            char top = st.Top();
            st.Pop();
            // 顺序不匹配
            if ((*s == ']' && top != '[')
            || (*s == '}' && top != '{')
            || (*s == ')' && top != '('))
            {
                return false;
            }
        }
        ++s;
    }

    // 栈为空，返回真，说明数量都匹配 左括号多，右括号少匹配问题
    return st.Empty();
}

// ⽤之前C版本Stack实现
bool isValid(const char* s) 
{
    ST st;
    STInit(&st);
    while (*s)
    {
        // 左括号⼊栈
        if (*s == '(' || *s == '[' || *s == '{')
        {
            STPush(&st, *s);
        }
        else // 右括号取栈顶左括号尝试匹配
        {
            if (STEmpty(&st))
            {
                STDestroy(&st);
                return false;
            }
            char top = STTop(&st);
            STPop(&st);
            // 不匹配
            if ((top == '(' && *s != ')')
            || (top == '{' && *s != '}')
            || (top == '[' && *s != ']'))
            {
                STDestroy(&st);
                return false;
            }

        }
        ++s;
    }

    // 栈不为空，说明左括号⽐右括号多，数量不匹配
    bool ret = STEmpty(&st);
    STDestroy(&st);
    return ret;
}

int main()
{
    cout << isValid("[()][]") << endl;
    cout << isValid("[(])[]") << endl;
    return 0;
}

4. 拷贝构造函数

如果⼀个构造函数的第⼀个参数是自身类类型的引⽤，且任何额外的参数都有默认值，则此构造函数也叫做拷贝构造函数，也就是说拷贝构造是⼀个特殊的构造函数。
拷贝构造的特点：

拷贝构造函数是构造函数的⼀个重载。
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，因为语法逻辑上会引发⽆穷递归调⽤。
C++规定自定义类型对象进⾏拷贝行为必须调⽤拷贝构造，所以这⾥自定义类型传值传参和传值返回都会调⽤拷贝构造完成。
若未显式定义拷贝构造，编译器会生成自动生成拷贝构造函数。自动生成的拷贝构造对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的拷贝构造。
像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源，编译器自动生成的拷贝构造就可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显示实现拷贝构造。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，编译器自动⽣成的拷贝构造完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。像MyQueue这样的类型内部主要是自定义类型Stack成员，编译器自动⽣成的拷贝构造会调⽤Stack的拷贝构造，也不需要我们显示实现MyQueue的拷贝构造。这⾥还有⼀个小技巧，如果⼀个类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写拷贝构造，否则就不需要。
传值返回会产生⼀个临时对象调⽤拷贝构造，传值引用返回，返回的是返回对象的别名(引⽤)，没有产生拷贝。但是如果返回对象是⼀个当前函数局部域的局部对象，函数结束就销毁了，那么使用引用返回是有问题的，这时的引用相当于⼀个野引用，类似⼀个野指针⼀样。传引用返回可以减少拷贝，但是⼀定要确保返回对象，在当前函数结束后还在，才能用引⽤返回。

5. 赋值运算符重载

5.1 运算符重载

当运算符被⽤于类类型的对象时，C++语⾔允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。C++规定类类型对象使⽤运算符时，必须转换成调⽤对应运算符重载，若没有对应的运算符重载，则会编译报错。
运算符重载是具有特名字的函数，他的名字是由operator和后面要定义的运算符共同构成。和其他函数⼀样，它也具有其返回类型和参数列表以及函数体。
重载运算符函数的参数个数和该运算符作用的运算对象数量⼀样多。⼀元运算符有⼀个参数，⼆元运算符有两个参数，⼆元运算符的左侧运算对象传给第⼀个参数，右侧运算对象传给第⼆个参数。
如果⼀个重载运算符函数是成员函数，则它的第⼀个运算对象默认传给隐式的 this 指针，因此运算符重载作为成员函数时，参数比运算对象少⼀个。
运算符重载以后，其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持⼀致。
不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符：比如operator@。
.* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。(选择题⾥⾯常考，⼤家要记⼀下) 重载操作符⾄少有⼀个类类型参数，不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义，如： int operator+(int x, int y)
⼀个类需要重载哪些运算符，是看哪些运算符重载后有意义，比如Date类重载operator-就有意义，但是重载operator+就没有意义。
重载++运算符时，有前置++和后置++，运算符重载函数名都是operator++，无法很好的区分。 C++规定，后置++重载时，增加⼀个int形参，跟前置++构成函数重载，方便区分。
重载<<和>>时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数，this指针默认抢占了第⼀个形参位置，第⼀个形参位置是左侧运算对象，调⽤时就变成了对象<<cout，不符合使⽤习惯和可读性。重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了，第⼆个形参位置当类类型对象。

5.2 赋值运算符重载

赋值运算符重载是⼀个默认成员函数，⽤于完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值，这里要注意跟拷贝构造区分，拷贝构造⽤于⼀个对象拷贝初始化给另⼀个要创建的对象。
赋值运算符重载的特点：

赋值运算符重载是⼀个运算符重载，规定必须重载为成员函数。赋值运算重载的参数建议写成const 当前类类型引⽤，否则会传值传参会有拷贝。
有返回值，且建议写成当前类类型引⽤，引⽤返回可以提⾼效率，有回值⽬的是为了⽀持连续赋值场景。
没有显式实现时，编译器会自动生成⼀个默认赋值运算符重载，默认赋值运算符重载⾏为跟默认构造函数类似，对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷⻉)，对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷贝构造。
像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源，编译器自动生成的赋值运算符重载就可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显示实现赋值运算符重载。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。像MyQueue这样的类型内部主要是⾃定义类型Stack成员，编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载会调⽤Stack的赋值运算符重载，也不需要我们显示实现MyQueue的赋值运算符重载。这里还有⼀个小技巧，如果⼀个类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写赋值运算符重载，否则就不需要。

6. 取地址运算符重载

6.1 const成员函数

将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后⾯。
const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。 const 修饰Date类的Print成员函数，Print隐含的this指针由 Date* const this 变为 const Date* const this 。

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
```
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
  {
      _year = year;
      _month = month;
      _day = day;
  }

  // void Print(const Date* const this) const
  void Print() const
  {
      cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
```
private:
```
  int _year;
  int _month;
  int _day;
```
};

int main()
{
// 这⾥⾮const对象也可以调⽤const成员函数是⼀种权限的缩⼩
Date d1(2024, 7, 5);
d1.Print();
const Date d2(2024, 8, 5);
d2.Print();
return 0;
}

6.2 取地址运算符重载

取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载，⼀般这两个函数编译器自动生成的就可以够我们用了，不需要去显示实现。除非⼀些很特殊的场景，比如我们不想让别⼈取到当前类对象的地址，就可以自己实现⼀份，胡乱返回⼀个地址。

class Date
{
public :

    Date* operator&()
    {
        return this;
        // return nullptr;
    }

    const Date* operator&()const
    {
        return this;
        // return nullptr;
    }

private :

    int _year ; // 年
    int _month ; // ⽉
    int _day ; // ⽇
};

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