【C++】5.类和对象（3）

流星白龙2024-08-10 21:52

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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；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;
}

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。

cpp 复制代码 
#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;
}
cpp 复制代码 
/*
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。
*/
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;
}

/*
 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
*/

/*
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，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。
*/

注意：

  1. 一般情况下，有动态申请的资源，就需要显示所写的析构函数，来释放资源。

    例如：栈需要写析构

  2. 没有动态申请的资源，不需要写析构函数。因为没有资源需要释放。

    例如：

    cpp 复制代码 
    class Data{
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	int _arr[100];
};

  3. 需要释放资源的成员都是自定义类型，不需要写析构函数。

    例如：

    cpp 复制代码 
    class MyQue{
private:
	Stack _pushst;
	Stack _popst;
};

因为默认生成的构造会自动调用默认构造函数

默认生成的析构会自动调用默认析构函数

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：

  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。 拷贝构造函数也可以多个参数，但是第一个参数必须是类类型对象的引用，后面的参数必须有缺省值。
  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 
class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	// d2(d1)
	//Date(Date& d);// 正确写法
	
    //拷贝构造函数
	Date(const Date& d)
	{
		cout << "Date(Date& d)" << endl;
		//注意：_year = d._year;这个里面的_year不是private:里面的int _year;
		//_year = d._year;这个左边的_year是d2的_year，也就是this->_year，因为this指针是d2，也就是d2传给了this
		//右边的d._year是d，也就是d1的_year
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
		/*d._year = _year;
		d._month = _month;
		d._day = _day;*/
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

class MyQueue
{
private:
	/*Stack _pushst;
	Stack _popst;*/
};

void func(int i){}

void func(Date d) {}

int main()
{
	// 可以不写，默认生成的拷贝构造就可以用
	Date d1(2023, 4, 25);

	Date d2(d1);//Data(Data& d)里面的d是d1的别名
	//this指针是d2，也就是d2传给了this

	//内置类型直接拷贝，void func(int i);
	//直接把4个字节的10拷贝给i
	func(10);

	//自定义类型的拷贝，规定了要定义拷贝构造去拷贝
	//void func(Date d){}会先调用Date(const Date& d);然后进入void func(Date d) 
	//如果Date(const Date& d);改成了Date(Date d);那么就会出现无限递归，编译器会报错
	func(d1);

	

	// 必须自己实现，实现深拷贝
	/*Stack st1;
	Stack st2(st1);*/


	return 0;
}

警惕无穷递归！

cpp 复制代码 
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;
}

1)：内置类型成员完成值拷贝/浅拷贝

2)：自定义类型成员会调用它的拷贝构造
自定义类型指向浅拷贝会出现两个问题：

  1. 析构两次，报错

  2. 一个函数修改会影响另一个函数

  1. Data和MyQueue都不需要写。因为MyQueue里面会调用Stack，而Stack需要自己实现。Stack的实现和MyQueue无关。

  2. Stack需要自己实现

cpp 复制代码 
class Stack
{
public:
	Stack(int capacity = 4)
	{
		cout << "Stack()" << endl;

		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
		if (nullptr == _a)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}

		_capacity = capacity;		
		_top = 0;
	}

	// st2(st1)
	Stack(const Stack& st)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		if (nullptr == _a)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}

		memcpy(_a, st._a, sizeof(int) * st._top);
		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_capacity = _top = 0;
	}

private:
	int* _a = nullptr;
	int _top = 0;
	int _capacity;
};

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;
};

class MyQueue
{
private:
	Stack _pushst;
	Stack _popst;
};

int main()
{
	//1):内置类型成员完成值拷贝/浅拷贝
	// 可以不写，默认生成的拷贝构造就可以用
	Date d1(2023, 4, 25);
	Date d2(d1);//Data(Data& d)里面的d是d1的别名
	//this指针是d2，也就是d2传给了this

	//2);自定义类型成员会调用它的拷贝构造
	//如果只传值，那么就会导致两个函数指向了同一个空间，析构函数调用的话就崩了
	// 而且就算不析构函数也会出问题。比如给其中一个函数赋值会影响另一个函数
	
	// 所以必须调用拷贝构造函数
	// 必须自己实现拷贝构造函数，实现深拷贝
	//栈后进先出，后创建的先析构，st2先析构，st1后析构
	//添加Stack(const Stack& st);前，会报错，因为st1和st2的析构函数指向了同一个空间，而一个空间无法释放两次
	//添加Stack(const Stack& st);后，不报错了
	//Stack(const Stack& st);就是我们自己实现的深拷贝
	Stack st1;
	Stack st2(st1);

	return 0;
}

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。

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。

cpp 复制代码 
//这个采用引用返回是可以的，因为采用引用返回可以减少拷贝，而且函数结束后返回的值是没被销毁的
Stack& func1(){
    static Stack st;
    return st;
}
//这个采用引用返回是不可以的，因为函数结束后返回的值是被销毁了
Stack& func2(){
    Stack st;
    return st;
}

int main(){
    func1();
    func2();
    return 0;
}

传引用返回要谨慎，传值引用没事

cpp 复制代码 
Stack& Func()
{
 	static Stack st;//改成Stack st;就不行，因为Stack st;在Func()结束后就销毁了，就会导致拷贝构造传值错误
	st.Push(1);
	st.Push(2);
	st.Push(3);
	//...

	return st;
}

int main()
{
	Stack ret = Func();
	cout << ret.Top() << endl;

	return 0;
}
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 d2(d1);
	//是拷贝构造
	/*Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}*/

	// 不是拷贝构造，就是一个普通构造
	//Date(Date* p)
	//{
	//	_year = p->_year;
	//	_month = p->_month;
	//	_day = p->_day;
	//}

	//析构函数
	~Date()
	{
		cout << "~Date()" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

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;
	}

	void Push(STDataType x)
	{
		if (_top == _capacity)
		{
			int newcapacity = _capacity * 2;
			STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity *
				sizeof(STDataType));
			if (tmp == NULL)
			{
				perror("realloc fail");
				return;
			}
			_a = tmp;
			_capacity = newcapacity;
		}
		_a[_top++] = x;
	}

	STDataType Top()
	{
		assert(_top > 0);

		return _a[_top - 1];
	}

	// st2(st1)
	Stack(const Stack& st)
	{
		_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);
		if (nullptr == _a)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);
		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;

		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}

private:
	STDataType* _a;
	size_t _capacity;
	size_t _top;
};

class MyQueue
{
public:
private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

void Func(Stack st){}

void Func(int x){}

Date f()
{
	Date ret;
	//...
	return ret;
}

int main()
{
	Date d1(2024, 8, 9);
	//都是拷贝构造
	//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)
	Date d2(d1);
	Date d4 = d1;

	Date d5(f());
	Date d6 = f();

	//Satck不可以浅拷贝，因为Stack这里_a是一个指针，直接浅拷贝会导致两个指针指向同一块空间，析构就会崩溃
	Stack st1(10);
	Stack st2(st1);

	Func(st1);
	Func(1);

	MyQueue m1;
	MyQueue m2(m1);

	return 0;
}

这里就不调用拷贝构造了，因为这里是引用返回，不是传值返回

传值返回，返回的是值的拷贝，所以要调用拷贝构造

引用返回，返回的不是值的拷贝，返回的是它的别名，所以不调用拷贝构造

cpp 复制代码 
Date& operator=(const Date& d)//返回的是*this这个对象的别名，*this是d4
{
    if (this != &d)//以预防d1 = d1;的情况
    {
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
    }

    return *this;
}
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