C++——类和对象（2）

#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;
    }
 
    
    //打印日期
    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 
    // 否则编译报错：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;
}

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，因此我们要想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，我们下个章节会细细讲解。

（一般情况下，我们都要自己写构造函数，在少数情况下可以用默认生成的构造函数，比如MyQueue）；

⑧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；自定义类型是我们使用class/struct等关键字自己定义的类型。

比如：MyQueue可以用默认生成的构造函数：

cpp 复制代码

// 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;
}

三、析构函数

（1）定义

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，函数结束后栈帧就销毁，它就释放了，不需要我们管。

而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，但像Date这样的类没有 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。

（2）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它的析构函数。

⑥我们显示写了析构函数，自定义类型成员也会调用它的析构，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可以用，也不需要显示写析构，如MyQueue；

cpp 复制代码

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

private:
    Stack pushst;
    Stack popst;
};

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。

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;
    }
 
    
    //需要自己写析构函数
    ~Stack()
    {
        cout << "~Stack()" << endl;
        free(_a);
        _a = nullptr;
        _top = _capacity = 0;
    }

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

因此，一般情况下，显示申请了资源才需要实现析构函数，其他情况下基本不需要写。

⑧对于⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。（有点类似栈的后进先出）。

对比⼀下用C++和C实现的Stack解决之前的括号匹配问题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。

C版本：

cpp 复制代码

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;
}

C++版本：

cpp 复制代码

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();
}

四、拷贝构造函数

（1）定义

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。

（2）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，使用传值方式时编译器会直接报错，因为在语法逻辑上会引发无穷递归调用。

拷贝构造函数也可以有多个参数，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。

③C++规定自定义类型对象进行拷贝的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它的拷贝构造。

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
    //拷贝构造函数
    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)//为什么使用const？因为权限不能放大，但可以缩小 
    {
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
    }

    //不想用引用，指针也可以
    //相比来说，引用更方便
    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()
{
    //两种使用方法，相比来说第二种更方便易懂
    //Date d2(d1);
    //Date d2 = d1;

    return 0;
}

⑤1.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，所以我们不需要显示实现拷贝构造。

2.像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是数组_a指向了资源，编译器自动生成的的拷贝构造所完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，因此需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;

typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
    //构造函数
    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;
    }
 
    //拷贝构造函数
    Stack(const Stack& st)
    {
        // 需要对_a指向资源创建同样⼤的资源再拷⻉值     
        _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;
    }
 

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


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

3.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。

cpp 复制代码

// 两个Stack实现队列 
class MyQueue
{
public:

private:
    Stack pushst;
    Stack popst;
};


int main()
{
    Stack st1;
    st1.Push(1);
    st1.Push(2);
    // Stack不显示实现拷⻉构造，⽤⾃动⽣成的拷⻉构造完成浅拷⻉ 
    // 会导致st1和st2⾥⾯的_a指针指向同⼀块资源，析构时会析构两次，程序崩溃 
    Stack st2 = st1;
    
    MyQueue mq1;
    // MyQueue⾃动⽣成的拷⻉构造，会⾃动调⽤Stack拷⻉构造完成pushst/popst 
    // 的拷⻉，只要Stack拷⻉构造⾃⼰实现了深拷⻉，他就没问题 
    MyQueue mq2 = mq1;
 
    return 0;
}

这里有⼀个小技巧，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，在函数结束就被销毁了，那么这时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。

比如说在前面加上Static，让其保存在静态区，出了作用域也不会被销毁。

cpp 复制代码

void Func1(Date d)
{
    cout << &d << endl;
    d.Print();
}


// Date Func2()   //传值返回
Date& Func2()     //传引用返回
{
    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 
    // 因此这⾥的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;  
  
    // 这⾥可以完成拷⻉，但是不是拷⻉构造，只是⼀个普通的构造 
    Date d2(&d1);
    d1.Print();
    d2.Print();

    //这样写才是拷⻉构造，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，这⾥也是拷⻉构造
    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，相当于了⼀个野引⽤ 
    Date ret = Func2();
    ret.Print();
 
    return 0;
}

五、写在最后

今天的学习就到这里啦，下期我们将学习运算符重载。

拜拜啦~明天见！