C++类和对象——中

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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