【C++】踏上C++学习之旅（八）：深入“类和对象“世界，掌握编程的黄金法则（三）（内含运算符重载和拷贝构造函数）

文章目录

前言
[1. 拷贝构造函数](#1. 拷贝构造函数)
- [1.1 为什么需要拷贝构造函数？](#1.1 为什么需要拷贝构造函数？)
- [1.2 拷贝构造函数的"概念"（内含语法）](#1.2 拷贝构造函数的"概念"（内含语法）)
- [1.3 拷贝构造函数的"特性"](#1.3 拷贝构造函数的"特性")
[2. 赋值运算符重载](#2. 赋值运算符重载)
- [2.1 运算符重载](#2.1 运算符重载)
- [2.2 赋值运算符重载](#2.2 赋值运算符重载)
- [2.3 前置++和后置++重载](#2.3 前置++和后置++重载)

前言

在之前的文章中，相信大家已经对"类"这个面向对象的语法以及一些基本的用法已经掌握了，那么在本文中将会带着大家继续解读，"类和对象"世界别致的风景------"拷贝构造函数"和"赋值运算符重载"。当然还有精彩的运算符重载语法讲解哦~

好了话不多说，让我们开始本次的观光之旅吧！

1. 拷贝构造函数

在"类"的世界中，有六大默认成员函数，拷贝构造函数就是其中之一。

1.1 为什么需要拷贝构造函数？

在我们实际的练习或者是做开发的过程中，拷贝操作时必不可少的。我们有内置类型的拷贝操作，亦有自定义类型的操作！

在这里我需要大家区别一个概念：

"拷贝构造"和"直接赋值"是一回事吗？这个点也是很多初学者傻傻分不清楚出的。

肯定不是一回事。决定它们不一样的因素是跟何种性质的变量赋值！

拷贝构造：是用已经存在的对象去初始化另一个刚创建的对象

直接赋值：是用已经存在的对象去赋值给另一个存在的对象

大家可以仔细的对比一下上述的概念，不难发现：拷贝构造是针对初始化操作的，直接赋值是针对除初始化的操作。

（这里给大家留一个问题：那现在有一个拷贝构造和直接赋值都能达到目的的场景，我该选择哪种做法？）

如果，你的感受还不够深的话，可以看看下面的代码：

cpp 复制代码

//交换两个整型变量的值 -- 就涉及到变量之间的值拷贝
void Swap(int& x， int& y)
{
	int tmp = x; //拷贝构造，注意：这里这是粗略的认识，目的是帮助大家更好的过渡到自定义类型。
	x = y; //直接赋值
	y = tmp;
}

可是，上面的交换是针对内置类型的，那自定义类型是否也能这么做呢？

答案是可以的。自定义类型也有属于自己的"拷贝构造"，靠的就是六大默认成员函数之一的"拷贝构造函数"！！！

1.2 拷贝构造函数的"概念"（内含语法）

拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般用const修饰)，再用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。

拷贝构造函数的基本演示：

cpp 复制代码

class Date
{
public:
	//构造函数
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	//拷贝构造函数
	Date(const Date& d) 
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2020,5,20);
	d1.Print();
	Date d2(d1);
	d2.Print();

}

这里的结果确实是将d1的值拷贝构造给了d2对象。

其过程如下图所示：

这里再给大家讲一下，如何在main函数中对象之间的拷贝构造写法：

写法一：类名对象名(已经存在的对象)；
写法二：类名对象名 = 已经存在的对象；

拷贝构造函数这里的形参必须是类类型对象的引用，最好加上一个const修饰符。至于为什么，我后面会讲的，这里埋一个伏笔。

1.3 拷贝构造函数的"特性"

拷贝构造函数是构造函数的一种重载形式。

相信这个点大家已经在上面的代码中有所察觉了，可以看到它与构造函数的区别仅仅只是在形参列表中，这就满足了函数重载的条件了。

拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类对象的引用，使用传值的方式(严苛的)编译器会直接报错，因为会引发无穷的递归调用。

这里可以做一个认证以及解释。首先带着大家看看，如果拷贝构造函数的形参不是类类型对象的引用会怎样？

编译器报了一个这样的错误："Date": 非法的复制构造函数: 第一个参数不应是"Date" 。也就是说我们第一个参数不能直接写为类类型！
那为什么会出现这样的情况呢？这里就得跟大家聊一聊C++编译器对于内置类型和自定义类型在值拷贝方面采用的不同策略了。

对于内置类型的值拷贝来说，编译器会生成一份临时变量，然后通过这个变量给另一个变量赋值。函数调用过程中将实参值传递给形参的过程中最能体现这一观点，这也就是为什么我们经常说"值传递时，形参是实参的一份临时拷贝"！。

对于自定义类型的值拷贝来说，编译器会去调用对应的拷贝构造函数！通过这个拷贝构造函数达到函数调用值传递目的。不妨想一下，如果我在一个拷贝构造函数中形参是采用值传递类型的话，在函数调用的过程中，编译器看到这个形参是Date类型，又会跑去调用其的拷贝构造函数，准备开始调用上一次的拷贝构造函数，突然又发现这个形参的变量也是值拷贝类型的，于是乎编译器又去调用它的拷贝构造函数...无穷无尽的调用。具体画图展示是这样的：

那我们该如何打破上面的递归调用呢？我们说过函数调用有两种形式：传值调用和传址调用。既然第一个行不通，那我们就用传址调用，然而在绝大场景中C++更喜欢用"引用"来代替指针，因此我们就能完全理解为什么拷贝构造函数的形参类型一定得是类类型的引用了。
目的是杜绝编译器出现关于自定义类型无穷递归调用的问题。

这里还要解决一个问题就是，我不加const限定符可以吗？

答案是建议加上。为什么呢？因为竟然是拷贝功能自然是不期望修改拷贝对象的值的，除非你能保证你不会修改。加上const的话，你想修改编译器就会给报错，这样就能最大程度上保证程序不会出现意想不到的bug。

若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。默认的拷贝构造函数对象按内存存储按
字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。

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。

编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己显式实现吗？
当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢？

cpp 复制代码

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 10)
	{
		_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
		if (nullptr == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		_size = 0;
		_capacity = capacity;
	}
	
	void Push(const DataType& data)
	{
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}
	
	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = nullptr;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};
int main()
{
	Stack s1;
	s1.Push(1);
	s1.Push(2);
	s1.Push(3);
	s1.Push(4);
	Stack s2(s1);
	return 0;
}

上面的代码如果我们使用编译器给我们自动生成的默认拷贝构造函数，会出现下面的问题：

因为编译器默认生成的默认拷贝构造函数只能完成浅拷贝的内容，无法做到深拷贝。

所以可以得到一个结论：当这里类中的成员变量没有涉及到动态申请资源的变量时，可以考虑让编译器自己生成默认拷贝构造函数。否则就得自己来手动实现。

拷贝构造函数典型调用场景：

使用已存在对象创建新对象
函数参数类型为类类型对象
函数返回值类型为类类型对象

cpp 复制代码

class Date
{
public:
	Date(int year, int minute, int day)
	{
		cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;
	}
	Date(const Date& d)
	{
		cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;
	}
	~Date()
	{
		cout << "~Date():" << this << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
Date Test(Date d)
{
	Date temp(d);
	return temp;
}
int main()
{
	Date d1(2022, 1, 13);
	Test(d1);
	return 0;
}

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。

2. 赋值运算符重载

2.1 运算符重载

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。

函数名字为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。

函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)

注意：

不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
重载操作符必须有一个类类型参数
用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义
作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this
.* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。

cpp 复制代码

// 全局的operator==
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;
};
// 这里会发现运算符重载成全局的就需要成员变量是公有的，那么问题来了，封装性如何保证？
// 这里其实可以用我们后面学习的友元解决，或者干脆重载成成员函数。
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
	return d1._year == d2._year
		&& d1._month == d2._month
		&& d1._day == d2._day;
}
void Test()
{
	Date d1(2018, 9, 26);
	Date d2(2018, 9, 27);
	cout << (d1 == d2) << endl;
}

cpp 复制代码

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	// bool operator==(Date* this, const Date& d2)
	// 这里需要注意的是，左操作数是this，指向调用函数的对象
	bool operator==(const Date & d2)
	{
		return _year == d2._year
		&& _month == d2._month
			&& _day == d2._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

2.2 赋值运算符重载

赋值运算重载格式

参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率
返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值
检测是否自己给自己赋值
返回*this ：要复合连续赋值的含义

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)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}

	Date& operator=(const Date& d)
	{
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}

		return *this;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数

cpp 复制代码

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//错误写法
// 赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数
Date& operator=(Date& left, const Date& right)
{
	if (&left != &right)
	{
		left._year = right._year;
		left._month = right._month;
		left._day = right._day;
	}
	return left;
}
// 编译失败：
// error C2801: "operator ="必须是非静态成员

原因：赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。

用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。

2.3 前置++和后置++重载

这里带着大家回顾一下，前置++和后置++的区别：

前置++是先+1，再使用。后置++是先使用，再+1。

cpp 复制代码

//前置++的写法
// 前置++：返回+1之后的结果
// 注意：this指向的对象函数结束后不会销毁，故以引用方式返回提高效率
Date& operator++()
{
	_day += 1;
	return *this;
}

前置++的重载函数你是写了，但是当你想继续写后置++的运算符重载时，你会发现这两个函数的函数头不都是一样的吗？

为了解决这个问题，C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递

cpp 复制代码

//后置++的写法
// 注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存
//一份，然后给this + 1
//而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用
Date operator++(int)
{
	Date temp(*this);
	_day += 1;
	return temp;
}

好了，到这里本文就结束了。

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