C++ 类和对象(B)

小志biubiu2024-07-17 22:44

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一、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，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。

二、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：

  1. 函数名与类名相同。
  2. 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)
  3. 对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。
  4. 构造函数可以重载。
  5. 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。
  6. 无参构造函数、全缺省构造函数、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能有一个存在，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。即，不传实参的构造就可以调用的构造就是默认构造。
  7. 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，即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。

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。

cpp 复制代码 
#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
	Date d3();
	d1.Print();
	d2.Print();
	return 0;
}

三、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：

  1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
  2. 无参数无返回值。 (这里跟构造类似，也不需要加void)
  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。
  4. 对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数。
  5. 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，自定义类型成员会调用他的析构函数。
  6. 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。
  7. 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。
  8. ⼀个局部域的多个对象，C++规定:后定义的先析构。
cpp 复制代码 
#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;
}

四、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：

  1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载。
  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，因为语法逻辑上会引发无穷递归调用。
  3. 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。
  4. 若未显式定义拷贝构造，编译器会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/浅拷贝(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。
  5. 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。
  6. 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。
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{ 
public:
   Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
   {
   		_year = year;
   		_month = month;
   		_day = day;
   } 
   // 编译报错：error C2652: "Date": 非法的复制构造函数: 第一个参数不应是"Date"
   //Date(Date d)
   Date(const Date& d)
   {
   		_year = d._year;
   		_month = d._month;
   		_day = d._day;
   } 
   Date(Date* d)
   {
   		_year = d->_year;
   		_month = d->_month;
   		_day = d->_day;
   } 
   void Print()
   {
   		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
   }
private:
   int _year;
   int _month;
   int _day;
};
void Func1(Date d)
{
   cout << &d << endl;
   d.Print();
} 
// Date Func2()
Date& Func2()
{
   Date tmp(2024, 7, 5);
   tmp.Print();
   return tmp;
} 
int main()
{
   Date d1(2024, 7, 5);
   // C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这里传值传参要调用拷贝构造
   // 所以这⾥的d1传值传参给d要调用拷贝构造完成拷贝，传引用传参可以减少这里的拷贝
   Func1(d1);
   cout << &d1 << endl;
   // 这⾥可以完成拷贝，但是不是拷贝构造，只是⼀个普通的构造
   Date d2(&d1);
   d1.Print();
   d2.Print();
   //这样写才是拷贝构造，通过同类型的对象初始化构造，而不是指针
   Date d3(d1);
   d2.Print();
   // 也可以这样写，这里也是拷贝构造
   Date d4 = d1;
   d2.Print();
   // Func2返回了⼀个局部对象tmp的引用作为返回值
   // Func2函数结束，tmp对象就销毁了，相当于用了一个野引用
   Date ret = Func2();
   ret.Print();
   return 0;
}

五、赋值运算符重载

1、运算符重载

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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@。
  7. (.* :: sizeof ?: . ) 注意以上5个运算符不能重载。
  8. 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)
  9. 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。
  10. 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。
  11. 重载<<和>>时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数，this指针默认抢占了第以个形参位置，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。
cpp 复制代码 
#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()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
//private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// 重载为全局的⾯临对象访问私有成员变量的问题
// 有几种⽅法可以解决：
// 1、成员放公有
// 2、Date提供getxxx函数
// 3、友元函数
// 4、重载为成员函数
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
	return d1._year == d2._year
	&& d1._month == d2._month
	&& d1._day == d2._day;
} 
int main()
{
	Date d1(2024, 7, 5);
	Date d2(2024, 7, 6);
	// 运算符重载函数可以显示调用
	operator==(d1, d2);
	// 编译器会转换成 operator==(d1, d2);
	d1 == d2;
	return 0;
}

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：

  1. 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
  2. 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，有返回值目的是为了支持连续赋值场景。
  3. 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贝)，对自定义类型成员变量会调用他的拷贝构造。
  4. 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。
cpp 复制代码 
class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	} 
	Date(const Date& d)
	{
		cout << " Date(const Date& d)" << endl;
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	} 
	// 传引用返回减少拷贝
	// d1 = d2;
	Date& operator=(const Date& d)
	{
	// 不要检查自己给自己赋值的情况
	if (this != &d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	} 
	// d1 = d2表达式的返回对象应该为d1，也就是*this
	return *this;
	} 
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2024, 7, 5);
	Date d2(d1);
	Date d3(2024, 7, 6);
	d1 = d3;
	// 需要注意这⾥是拷⻉构造，不是赋值重载
	// 请牢牢记住赋值重载完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值
	// ⽽拷⻉构造⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象
	Date d4 = d1;
	return 0;
}

六、取地址运算符重载

1、const成员函数

  1. 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。
  2. 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。
cpp 复制代码 
#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;
}

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。

cpp 复制代码 
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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