C++类和对象——中

鸽斯垃2024-08-03 9:28

1. 类的默认成员函数

默认成员函数就是⽤⼾没有显式实现，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。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。

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：

  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)
  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，⼀旦⽤⼾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、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。总结⼀下就是不传实参就可以调⽤的构造就叫默认构造。
  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，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。
    *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。

我们来看编译器自动生成的构造函数的行为是什么：（该编译器是VS2022）

//编译器自动生成的构造函数
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1;
	d1.Print();
	
	return 0;
}

运行结果：随机值

#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(与无差构造不能同时存在，会发生调用歧义)
	 // 默认构造只能存在一个
	/*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()
{
	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();错误的创建对象的用法
	d1.Print();
	d2.Print();

	return 0;
}

有一个注意点是：当调用默认构造函数时用Date d1()；的创建对象的方法是错误的；()不能加。

一般情况下编译器自己生成的构造函数不能满足我们的需求，我们需要自己写，但是类似下面这中情况我们可以不写。用两个栈实现队列

#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;
 }

我们初始化mq时调用编译器自动生成的构造函数，因为MyQueue类的属性只包含两个栈，初始化时就会自动调用栈的构造函数，然而栈的构造函数是我们写好的，所以综上，MyQueue的构造就不用我们直接写了。

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：

  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（两个栈实现队列）；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。

    #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

     	 // 若显⽰写析构，也会⾃动调⽤Stack的析构
 	 /*~MyQueue()
 	 {}*/

    private:
    Stack pushst;
    Stack popst;
    };

    int main()
    {
    Stack st;

      MyQueue mq;

  return 0;

    }

如果MyQueue中还有除了stack还有资源那么自己写MyQueue时只要释放stack以外的资源就好了，stack的析构还是会自己调用的。
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。

4. 拷⻉构造函数

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⻉构造函数，也就是说拷⻉构造是⼀个特殊的构造函数。
拷⻉构造的特点：

  1. 拷⻉构造函数是构造函数的⼀个重载。
  2. 拷⻉构造函数的第一个参数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⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造，所以这⾥⾃定义类型传值传参和传值返回都会调⽤拷⻉构造完成。
  4. 若未显式定义拷⻉构造，编译器会⽣成⾃动⽣成拷⻉构造函数。⾃动⽣成的拷⻉构造对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(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⻉构造。
  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⻉构造就可以完成需要的拷⻉，所以不需要我们显⽰实现拷⻉构造。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⻉构造完成的值拷⻉/浅拷⻉ 不符合我们的需求，所以需要我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉) 。像MyQueue（两个栈实现队列）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⻉构造会调⽤Stack的拷⻉构造，也不需要我们显⽰实现MyQueue的拷⻉构造。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 需要显⽰写拷⻉构造，否则就不需要。
  6. 传值返回会产⽣⼀个临时对象调⽤拷⻉构造，传引⽤返回，返回的是返回对象的别名(引⽤)，没有产⽣拷⻉。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⻉，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。
    第2点看下图

我们看到用d1初始化d2，但是d1传值传参时需要调用拷贝构造，我们本身就是要调用拷贝构造，但是传值传参是又调用拷贝构造就会导致无穷递归调用。

#include<iostream>
using namespace std;

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;
	}



	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⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造，所以这⾥传值传参要调⽤拷⻉构造
	 所以这⾥的d1传值传参给d要调⽤拷⻉构造完成拷⻉，传引⽤传参可以较少这⾥的拷⻉*/
	 Func1(d1);

	 cout << &d1 << endl;

	 
	 return 0;
 }

运行结果：

给Func传值时会调用拷贝构造，我们也可以看到原来的d1和调用函数拷贝构造的d的地址是不一样的。

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
//这样写不是拷贝构造第一个参数必须是本身类类型的引用，
//这样写的话再进行函数调用时就会很麻烦
    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;
};
int main()
{
 Date d1(2024, 7, 5);
//如果咋样写构造函数不是，他不是拷贝构造，调用时还有取地址很鸡肋，在这里我们也可以看到
//引用和指针是相辅相成的。虽然引用的底层是指针但是使用引用的场景不能被指针替代。
 Date d2(&d1);
 d1.Print();
 d2.Print();

 
 return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;

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;
	}

	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
 int main()
 {
	 Date d1(2024, 7, 5);
	 //拷贝构造也可以这样写
	 Date d2 = d1;
	 d1.Print();
	 d2.Print();

	 return 0;
 }

拷贝构造调用也可以写成上面的形式，这种形式看着就很舒服了。

#include<iostream>
using namespace std;

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;
	}

	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
 Date& Func2()
 {
	 Date tmp(2024, 7, 5);
	 tmp.Print();

	 return tmp;
 }

 int main()
 {

	 // 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，相当于了⼀个野引⽤
	 Date ret = Func2();
	 ret.Print();
	 return 0;
 }

运行结果：

调用func2()时会创建一个对象，打印出来，并返回该对象的引用，但是出函数时栈帧就被销毁了，返回的是一个野引用返回后，赋值进行拷贝构造，但是打印ret时是随机值，原因就是返回了野引用。

//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)
{
	cout << "Date(const Date& d)" << endl;
	_year = d._year;
	_month = d._month;
	_day = d._day;
}

如果我们写构造函数时没有传类的引用，那么会报错，会产生无穷递归。

若是Stack类我们自己不写拷贝构造进行浅拷贝，那么对于STDateType* _a就会仅仅进行地址的拷贝导致有两个对象的属性都指向_a中的资源，生命周期结束时就会对该资源进行两次free发生报错。

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姝名字的函数，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。

.*操作符我们可能很陌生，我们看一下：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	void func()
	{
		cout << "A::func()" << endl;
	}
};
typedef void(A::* PF)();
int main()
{
	//回调函数
    //这里需要&，算是一种规定
	PF pf = &A::func;
	A aa;
	(aa.*pf)();

	return 0;
}

在进行回调函数时我们会用到，但一般情况下我们很少使用该运算符。

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