C++六大默认成员函数

天堂的恶魔9462025-02-06 12:57

C++六大默认成员函数

C++中的六大默认成员函数是编译器在特定条件下自动生成的成员函数，用于管理对象的生命周期和资源操作。它们分别是：

默认构造函数

  • 作用：初始化对象，当类没有显式定义任何构造函数时生成。

  • 生成条件：用户未定义任何构造函数。

  • 注意：若类有其他构造函数（如带参数的构造函数），需显式使用 = default 声明默认构造函数。

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	//Person()
	//{

	//} 不写的话默认自动生成
	void GetAge()
	{
		std::cout << _age << std::endl;
	}
private:
	int _age;
};

int main()
{
	Person p;
	p.GetAge();
}

其特征如下：

  1. 函数名与类名相同。
  2. 无返回值。
  3. 对象实例化时编译器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，一旦用户显式定义编译器将不再生成。
  6. 编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员调用的它的默认成员
    函数。C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值。

默认析构函数

  • 作用：释放对象资源，默认析构函数调用成员变量的析构函数。

  • 生成条件：用户未定义析构函数。

  • 注意：若类管理动态资源（如堆内存），需自定义析构函数以避免内存泄漏

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	//Person()
	//{

	//} 不写的话默认自动生成
	void GetAge()
	{
		std::cout << _age << std::endl;
	}

	~Person()
	{

	}
private:
	int _age;
};

int main()
{
	Person p;
	p.GetAge();
}

RAII技术

RAII（Resource Acquisition Is Initialization，资源获取即初始化）是C++中一种管理资源的编程技术。它通过将资源的生命周期与对象的生命周期绑定在一起，利用C++的构造函数和析构函数来自动管理资源，从而避免了手动分配和释放资源可能带来的问题，如内存泄漏、资源未正确释放等。

RAII的核心思想

  • 资源在对象构造时获取：当一个对象被创建时，它的构造函数负责获取所需的资源（例如，动态内存分配、文件打开、网络连接等）。
  • 资源在对象销毁时释放：当对象离开作用域或被显式删除时，其析构函数会自动释放之前获取的资源。

优点

  1. 异常安全性：由于资源管理由构造和析构函数自动处理，即使程序中抛出了异常，也能确保资源得到正确释放。
  2. 简化代码 ：开发者不需要手动跟踪每个资源的状态，并且可以在不使用显式的try-finally块的情况下保证资源的释放。
  3. 防止资源泄露：只要对象被正确地创建并最终销毁，资源就会被正确释放。

示例

以下是一个简单的例子，展示了如何使用RAII来管理动态分配的内存：

cpp 复制代码 
#include <iostream>

class ResourceHandler {
private:
    int* data;
public:
    // 构造函数：资源获取
    ResourceHandler() {
        data = new int(10); // 分配资源
        std::cout << "Resource acquired." << std::endl;
    }

    // 析构函数：资源释放
    ~ResourceHandler() {
        delete data; // 释放资源
        std::cout << "Resource released." << std::endl;
    }

    void showData() const {
        std::cout << "Data: " << *data << std::endl;
    }
};

void useResource() {
    ResourceHandler handler;
    handler.showData();
    // 不需要手动释放资源，handler离开作用域时会自动调用析构函数
}

int main() {
    useResource();
    return 0;
}

在这个例子中，ResourceHandler类负责管理一个整数类型的动态分配内存。构造函数在对象创建时分配资源，而析构函数在对象销毁时释放这些资源。这样就确保了无论函数useResource如何退出（正常结束或因异常退出），资源都会被正确释放。

应用场景

RAII不仅限于内存管理，还可以应用于其他资源类型，如文件句柄、网络套接字、数据库连接等。标准库中的智能指针（如std::unique_ptr、std::shared_ptr）、锁机制（如std::lock_guard、std::unique_lock）都是RAII原则的实际应用案例。通过使用这些工具，可以有效地减少资源管理错误，提高代码的安全性和可靠性。

默认拷贝构造

  • 声明形式：ClassName(const ClassName&)

  • 作用：通过已有对象初始化新对象，默认执行浅拷贝。

  • 生成条件：用户未定义拷贝构造函数。

  • 注意：若类包含指针或动态资源，需自定义深拷贝防止重复释放。

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	Person()
	{

	}

	Person(const Person& person)
	{
		this->_age = person._age;
	}

	~Person()
	{

	}

	void GetAge()
	{
		std::cout << _age << std::endl;
	}
private:
	int _age;
};

int main()
{
	Person p;
	p.GetAge();
}

深拷贝和浅拷贝

cpp 复制代码 
class Stack
{
public:
	//初始化
	Stack()
	{
		_array = new int[20];
	}

	//默认生成拷贝构造

	//析构
	~Stack()
	{
		delete[] _array;
	}
private:
	int* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

int main()
{
	Stack s1;

	Stack s2(s1);
}

这里我没有写实际的拷贝构造函数，这里s2调用的默认的拷贝构造，所以s2_array的地址就是s1中_array的地址，这就叫浅拷贝：

这样代码就会有问题，因为一个地址会被析构两次：
正确的方法应该是给s2的array开辟一块新的空间：

cpp 复制代码 
class Stack
{
public:
	//初始化
	Stack()
	{
		_array = new int[20];
	}

	Stack(const Stack& st)
	{
		_array = new int[10];
		_size = st._size;
		_capacity = st._capacity;
	}

	//析构
	~Stack()
	{
		delete[] _array;
	}
private:
	int* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

int main()
{
	Stack s1;

	Stack s2(s1);
}

这样的拷贝我们称为深拷贝 ，再次运行程序：

默认拷贝赋值运算符

  • 声明形式：ClassName& operator=(const ClassName&)

  • 作用：将已有对象的值赋给另一个对象，默认浅拷贝。

  • 生成条件：用户未定义拷贝赋值运算符。

  • 注意：需处理自赋值问题，并在资源管理时实现深拷贝。

cpp 复制代码 
class Stack
{
public:
	//初始化
	Stack()
	{
		_array = new int[20];
	}

	Stack(const Stack& st)
	{
		_array = new int[10];
		_size = st._size;
		_capacity = st._capacity;
	}

	Stack& operator=(const Stack& st)
	{
		if (this != &st)
		{
			_array = new int[10];
			_size = st._size;
			_capacity = st._capacity;
		}

		return *this;

	}

	//析构
	~Stack()
	{
		delete[] _array;
	}
private:
	int* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

int main()
{
	Stack s1;

	Stack s2;

	s2 = s1;
}

移动构造函数（C++11起）

  • 声明形式：ClassName(ClassName&&)

  • 作用：通过右值引用"窃取"资源，避免深拷贝开销。

  • 生成条件：用户未定义拷贝操作、移动操作或析构函数。

  • 注意：移动后源对象应处于有效但未定义状态（如空指针）。

cpp 复制代码 
class Stack
{
public:
	//初始化
	Stack()
	{
		_array = new int[20];
	}

	Stack(const Stack& st)
	{
		_array = new int[10];
		_size = st._size;
		_capacity = st._capacity;
	}

	Stack& operator=(const Stack& st)
	{
		if (this != &st)
		{
			_array = new int[10];
			_size = st._size;
			_capacity = st._capacity;
		}

		return *this;

	}

	void swap(Stack& st)
	{
		std::swap(_array, st._array);
		std::swap(_size, st._size);
		std::swap(_capacity, st._capacity);
	}

	//移动构造函数
	Stack(Stack&& st):_array(nullptr), _size(0), _capacity(0)
	{
		swap(st);
	}

	//析构
	~Stack()
	{
		delete[] _array;
	}
private:
	int* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

int main()
{
	Stack s1;

	Stack s2(std::move(s1));
}

默认移动赋值运算符（C++11起）

  • 声明形式：ClassName& operator=(ClassName&&)

  • 作用：通过右值引用转移资源所有权。

  • 生成条件：同移动构造函数。

  • 注意：需正确处理自移动赋值。

cpp 复制代码 
class Stack
{
public:
	//初始化
	Stack()
	{
		_array = new int[20];
	}

	Stack(const Stack& st)
	{
		_array = new int[10];
		_size = st._size;
		_capacity = st._capacity;
	}

	Stack& operator=(const Stack& st)
	{
		if (this != &st)
		{
			_array = new int[10];
			_size = st._size;
			_capacity = st._capacity;
		}

		return *this;

	}

	void swap(Stack& st)
	{
		std::swap(_array, st._array);
		std::swap(_size, st._size);
		std::swap(_capacity, st._capacity);
	}

	//移动构造函数
	Stack(Stack&& st):_array(nullptr), _size(0), _capacity(0)
	{
		swap(st);
	}

	//移动复制构造
	Stack& operator=(Stack&& st)
	{
		swap(st);

		st._array = nullptr;
		st._size = 0;
		st._capacity = 0;

		return *this;
	}

	//析构
	~Stack()
	{
		delete[] _array;
	}
private:
	int* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

int main()
{
	Stack s1;

	Stack s2;

	s2 = std::move(s1);
}

在C++中，前置++和后置++运算符可以通过成员函数或非成员函数的形式进行重载。两者的主要区别在于参数列表和返回值：

  • 前置++：增加对象的值，并返回增加后的对象引用。
  • 后置++：首先保存当前对象的状态，然后增加对象的值，最后返回之前保存的对象的副本。

取地址及const取地址操作符重载

在C++中，取地址操作符（&）和常量取地址操作符（const &）通常不需要显式地重载，因为编译器提供了默认的实现，它们分别返回对象或常量对象的内存地址。然而，在某些特定情况下，你可能想要自定义这些操作符的行为。

取地址操作符重载

当你重载取地址操作符时，你通常是为了改变其默认行为，例如返回一个代理对象的地址而不是原始对象的地址。不过这种情况非常少见，大多数时候并不需要这样做。

常量取地址操作符重载

类似地，重载常量版本的取地址操作符也是为了提供特定的行为，但同样，这并不是常见的需求。

示例代码

尽管不常见，这里还是给出如何重载这两种操作符的基本示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>

class MyClass {
private:
    int value;
public:
    MyClass(int val) : value(val) {}

    // 重载取地址操作符
    int* operator&() {
        std::cout << "非const取地址操作符被调用" << std::endl;
        return &value;
    }

    // 重载const取地址操作符
    const int* operator&() const {
        std::cout << "const取地址操作符被调用" << std::endl;
        return &value;
    }
};

int main() {
    MyClass obj(10);
    const MyClass constObj(20);

    int* addr = &obj;       // 调用非const版本
    const int* constAddr = &constObj; // 调用const版本

    std::cout << "*addr: " << *addr << std::endl;
    std::cout << "*constAddr: " << *constAddr << std::endl;

    return 0;
}

输出结果

非const取地址操作符被调用
const取地址操作符被调用
*addr: 10
*constAddr: 20

在这个例子中，我们为MyClass类重载了取地址操作符和常量取地址操作符。当通过非常量对象调用operator&()时，会调用非常量版本的操作符，并打印一条消息。而当通过常量对象调用operator&()时，则调用常量版本的操作符，并打印另一条不同的消息。

注意事项

  • 谨慎使用：一般情况下，不需要也不建议重载这两个操作符，除非有特别的需求。这是因为它们改变了标准语义，可能会导致混淆或者不可预期的行为。
  • 保持一致性：如果你决定重载这些操作符，请确保它们的行为符合逻辑且一致，避免引入错误。
  • 理解限制 ：需要注意的是，即使你重载了取地址操作符，也无法阻止使用内置的取地址操作来获取对象的实际地址。例如，&obj总是可以获得obj的实际地址，除非你完全隐藏了对象的访问方式。

总的来说，重载取地址操作符和常量取地址操作符是一种高级技巧，适用于特定场景下的特殊需求。在大多数日常编程任务中，这种重载是不必要的。

扩展：前置++和后置++重载

重载规则

  • 前置++只需要一个参数（即调用该运算符的对象本身），并且通常返回一个指向修改后的对象的引用。
  • 后置++需要两个参数：第一个是调用该运算符的对象本身，第二个是一个int类型的占位参数，用于区分前置和后置形式。后置++返回的是操作前对象的一个副本（通常是通过值返回）。
cpp 复制代码 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;

class Count
{
public:
	//重载后置++
	Count operator++()
	{
		++_count;
		return *this;
	}

	//后置++
	Count operator++(int)
	{
		Count temp = *this;
		++_count;
		return temp;
	}

	int getCount() const {
		return _count;
	}
private:
	int _count = 0;
};

int main()
{
	Count myCounter;

	std::cout << "Initial count: " << myCounter.getCount() << std::endl;

	++myCounter; // 调用前置++
	std::cout << "After prefix increment: " << myCounter.getCount() << std::endl;

	Count d;
	d = myCounter++; // 调用后置++
	std::cout << "After postfix increment: " << d.getCount() << std::endl;

	return 0;
}
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