【C++】类和对象——默认成员函数（中）

默认成员函数的前两个（构造函数和析构函数）在我的这篇博客：【C++】类和对象------默认成员函数（中上）-CSDN博客

目录

3、拷贝构造函数

拷贝构造函数的特点

4、赋值运算符重载

4.1、运算符重载

4.2、赋值运算符重载

赋值运算符重载的特点

5、const成员函数

6、取地址运算符重载

总结

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3、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，所以拷贝构造函数也具备构造函数的特点。

那么拷贝构造函数是干什么的呢？我们已经知道构造函数是在实例化对象时完成对象的初始化，顾名思义，拷贝构造函数就是用一个已经初始化完成的对象来初始化另一个对象。

拷贝构造函数的特点

1、 拷贝构造函数是构造函数的一个重载，因为拷贝构造函数的第一个参数是自身类类型的引用，两者参数类型不同，构成重载。

//Date类的一个拷贝构造函数
Date(const Date& d)
    {
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}

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。

int main()
{
	Date d1(2025, 8, 16);

	Date d2(d1);//当我们传值传参时，编译器会自动调用拷贝构造函数

	d2 = d1;//编译器会自动转化为Date d2(d1);的形式，并调用拷贝构造函数
	return 0;
}

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，但是一般情况下我们遇到的拷贝构造函数只要第一个参数就够了。

那么为什么第一个参数必须是类类型对象的引用呢?下面是一个传值方式实现的拷贝构造函数，即参数为类类型（Date）。接下来通过画图来理解这块的问题。

//错误示范：
Date(Date d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}

当拷贝构造函数第一个参数为自身类类型的引用时，

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。

下面我们通过Date类和Stack类来看一下拷贝构造函数的调用效果。

（1）Date类

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

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


	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}

	//由于Date类中的没有申请的资源，不需要实现析构函数
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2025, 8, 16);
	d1.Print();

	Date d2(d1);//当我们传值传参时，编译器会自动调用拷贝构造函数
	d2.Print();

	d2 = d1;//编译器会自动转化为Date d2(d1);的形式，并调用拷贝构造函数
	d2.Print();
	return 0;
}

我们再看一下const修饰类类型引用，const修饰就是我们为了防止不小心改变引用对象内置类型的值

Date(Date& d)
	{
		//假设我们要判断，又不小心将==写为了=，这时候就会导致引用对象的内置类型被修改，const修饰就会避免这种情况
		if (_year = d._year)
		{}
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}

（2）**Stack类，**成员变量都是内置类型，但是_arr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）。

class Stack
{
public:
	//全缺省构造函数
	Stack(int n = 4)
	{
		int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (tmp == nullptr)
		{
			perror("malloc");
			exit(1);
		}
		_arr = tmp;
		_top = 0;
		_capacity = n;
	}
    //尾插
	void Push(int x)
	{
		if (_top == _capacity)
		{
			int newcapacity = 2 * _capacity;
			int* tmp = (int*)realloc(_arr, sizeof(int) * newcapacity);
			if (tmp == nullptr)
			{
				perror("malloc");
				exit(1);
			}
			_arr = tmp;
			_capacity = newcapacity;
		}
		
		_arr[_top] = x;
		_top++;
	}

    //拷贝构造函数（深拷贝）
	Stack(const Stack& st)
	{
		//先对_arr创建与引用对象指向资源同样大的资源
		int* _arr = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		{
			if (_arr == nullptr)
			{
				perror("malloc");
				exit(1);
			}
		}
		memcpy(_arr, st._arr, sizeof(int) * _top);

		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

	//析构函数
	~Stack()
	{
		free(_arr);
		_arr = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}

private:
	int* _arr;
	int _top;
	int _capacity;
};

int main()
{
	Stack st1;//实例化对象st1，同时构造函数完成st1的初始化

	st1.Push(1);//尾插
	st1.Push(2);//尾插
    st1.Push(3);//尾插

	Stack st2(st1);//调用拷贝构造函数完成对st2的初始化
	return 0;
}

当我们先将上面Stack类中的拷贝构造函数注释掉，然后通过调试来观察默认生成的拷贝构造函数对st2的初始化结果。

问题就是：

（1）默认生成的拷贝构造函数仅仅是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)，而此时st1内置类型成员_arr指向了额外的资源，对st2浅拷贝完成初始化后，st1和st2的成员_arr指向同一片空间，并没有实现将st1指向的资源拷贝给st2的目的；

（2）而且当函数结束时，析构函数会分别释放st1和st2中的资源，这时候就会存在对同一片空间重复释放的问题，导致程序崩溃；

（3）同时，_arr指向同一片空间，如果我们要给st1和st2再次尾插数据，就又会引起数据相互覆盖的问题。

综上，我们此时就需要自己实现拷贝构造函数，来完成对st2的深拷贝（对指向的资源也进行拷贝）。

要完成st2的深拷贝，首先我们就要创建一个同样能够容纳与st1中的资源相同大小的成员变量_arr，然后将st1中的资源拷贝给st2。

//拷贝构造函数（深拷贝）
	Stack(const Stack& st)
	{
		//先对_arr创建与引用对象指向资源同样大的资源
		int* _arr = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		{
			if (_arr == nullptr)
			{
				perror("malloc");
				exit(1);
			}
		}
		memcpy(_arr, st._arr, sizeof(int) * _top);

		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

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_arr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。

下面我们再通过调试感受一下MyQueue调用拷贝构造函数完成你拷贝构造函数的过程。

class MyQueue
{
public:
	//编译器默认生成MyQueue的构造函数调⽤了Stack的构造函数，完成了两个成员(pushst和popst)的初始化；
	//编译器默认生成MyQueue的析构函数调⽤了Stack的析构函数，释放的两个成员(pushst和popst)内部的资源。
	//编译器默认生成MyQueue的拷贝构造函数调⽤了Stack的拷贝构造函数，实现了对实例化对象mq2的初始化。
private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

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。

（1）传值返回

Stack Func()
{
	Stack tmp;//实例化对象的同时初始化
	tmp.Push(1);

	return tmp;//传值返回，产生临时对象，调用拷贝构造函数
}


int main()
{
	Stack ret = Func();

	return 0;
}

（2）传值引用返回，要注意野引用，可以用static修饰要返回的对象，或者直接将要返回的对象作为参数。

Stack& func()
{
	static Stack tmp;//实例化对象的同时初始化，用static修饰确保返回对象在当前函数结束后还在。
	tmp.Push(1);

	return tmp;//传值引用返回，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。
}


int main()
{
	Stack ret = func();

	return 0;
}

4、赋值运算符重载

4.1、运算符重载

1、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。

// 内置类型直接支持运算符  
int a = 1 + 2;   
// 类类型需重载运算符  
class MyClass 
{  
public:  
    MyClass operator+(const MyClass& other);  
};  
 

增加未定义运算符时的报错示例：

class MyClass {};  
MyClass a, b;  
a + b; // 报错：no match for 'operator+' (operand types are 'MyClass' and 'MyClass')  
 

2、运算符重载是具有特殊名字的函数，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。

可重载的运算符：+、-、*、/、%、++、--、=、==、!=、>、<、[]、()、-> 等。

不可重载：.（成员访问）、.*（成员指针访问）、::（作用域解析）、?:（三目运算符）、sizeof 

class Date 
{
public:
    bool operator==(const Date& d) 
    {
        return (_year==d._year)&&(_month==d._month)&&(_day==d._day);
    }
    // 其他成员...
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};
 

3、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。

// 非成员函数重载二元运算符
Date operator+(const Date& d1, const Date& d2); // 两个参数对应运算对象  

// 成员函数重载二元运算符  
Date Date::operator+(const Date& d2) // 隐含this，仅需一个参数
{ 
    ... 
}   

4、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（即可重载运算符）保持⼀致。

class Vector 
{
public:
    Vector operator+(const Vector& v) // 重载+，优先级与内置+一致
    { 
        /*...*/ 
    } 
};
int main
{
    Vector a, b, c;
    a + b * c; // *仍优先于+，与内置类型一致
}

5、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@。

6、.* :: sizeof ?: **.**注意以上5个运算符不能重载。(选择题里面常考，需要记忆)

### 不可重载的运算符列表（C++）  
以下运算符因语法规则或安全性限制不可重载：  
- `.*`（成员指针访问）  
- `::`（域作用限定符）  
- `sizeof`（类型大小查询）  
- `?:`（三目操作符）  
- `.`（成员访问）  

**说明**：C++标准明确禁止重载这些运算符，例如`sizeof`的返回值必须为编译期常量（ISO C++17 §13.5）。其他语言如Python允许重载`.`运算符，但C++出于类型安全考虑限制了此类操作。  
 

7、重载操作符至少有一个类类型参数。

class Date{};
//两个参数都是类类型的
int operator+(Date d1, Date d2);
//有一个类类型的参数
int operator+(Date d, int x);

//没有类类型参数（错误示范）
int operator+(int x, int y);

8、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，但是这int类型的参数可以直接传一个int，因为这个参数仅为语法占位符，无实际用途，目的是通过签名差异区分前后置版本。

**示例**  
// 前置++  
MyClass& operator++() { /* 逻辑 */ return *this; }  

// 后置++  
MyClass operator++(int) 
{  
    MyClass tmp = *this;  
    ++(*this);  // 调用前置++  
    return tmp; // 返回旧值  
}  

9、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了，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。

//错误示范：重载为成员函数
class Date
{
public:
	ostream& operator<<(ostream& out)
	{
		out << date;
		return out;
	}
//private:
    int date;
};
//调用传参
Date d;
d << cout;//成员函数，默认第一个参数为this指针，因此对象再左边，不符合使用习惯

//正确示范：重载为全局函数
ostream& operator<<(ostream& out, Date& d)
{
	out << d.date;
	return out;
}
//调用传参
Date d;
cout << d;

4.2、赋值运算符重载

赋值运算符重载是一个默认成员函数，用于完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值，这里要注意跟拷贝构造区分，拷贝构造用于一个对象拷贝初始化给另一个要创建的对象。

赋值运算符重载的特点

1、赋值运算符重载是一个运算符重载，规定必须重载为成员函数。赋值运算重载的参数建议写成 const 当前类类型引用，减少拷贝；赋值运算符函数重载的参数也可以是传值传参，只是传值传参会调用拷贝构造函数，多一次拷贝，同时，const可以防止用于初始化的对象被修改。

这里再说明一点：为什么赋值运算符重载函数在传值传参时不会递归调用拷贝构造函数？

这就要考虑到赋值运算符重载函数和拷贝构造函数的本质区别：

赋值运算符的调用前提是 "左侧对象已经存在"，即用一个已存在的对象给另一个已存在的对象赋值，参数的拷贝仅发生一次，没有循环依赖。拷贝构造函数的作用是用已存在的对象初始化新对象，而传值参数本身又需要用拷贝构造函数来初始化，形成 "初始化新对象→拷贝参数→再初始化新对象" 的循环。

2、 有返回值，且建议写成当前类类型引用，引用返回可以提高效率，有返回值目的是为了支持连续赋值场景。

class Date
{
public:
	//全缺省构造函数
	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;
	}

	//赋值运算符重载
    //引用做参数，同时引用返回来提高效率
	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;
};

int main()
{
	Date d1(2025, 8, 16);
	Date d2(2025, 8, 15);

    //d1和d2都是已存在的对象，调用赋值运算符重载
	d2 = d1;

	//用已存在的对象d1初始化新对象d3和d4，调用拷贝构造函数
	Date d3(d1);
    Date d4 = d1;

	//调用赋值运算符重载连续赋值
	d4 = d3 = d2 = d1;
	return 0;
}

3. 没有显式实现时，编译器会自动生成一个默认赋值运算符重载，默认赋值运算符重载行为跟默认拷贝构造函数类似，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赋值重载函数。

这里与上面在拷贝构造函数中实现的Date类和Stack类一样，虽然成员变量都是内置类型，但是Stack类中的内置类型_arr指向了资源，编译器自动生成的赋值运算符完成的值拷贝/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）。

4.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，编译器自动生成的赋值运算符重载就 可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显示实现赋值运算符重载。像Stack这样的类，虽然也都是 内置类型，但是_arr指向了资源，编译器自动生成的赋值运算符重载完成的值拷贝/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，编译器自动生成的赋值运算符重载会调用Stack的赋值运算符重载， 也不需要我们显示实现MyQueue的赋值运算符重载。总之，和拷贝构造函数一样，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赋值运算符重载，否则就不需要。

5、const成员函数

class Date
{
public:
    //将const放在函数参数列表后即为 const成员函数
	void Print() const
	{
		cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
	}
};

将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后 面。const实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。const修饰Date类的Print成员函数，Print隐含的this指针由Date * const this变为 const Date * const this。

那const成员函数具体在什么时候应用呢？

下面我们先看一个实例：如果我们将什么Date类中的Print函数后面的const去掉，当实例化对象被const修饰，我们运行程序会发生什么？

class Date
{
public:
	Date(int year = 1) {
		_year = year;
	}

	void Print()const {
		cout << _year << endl;
	}
private:
	int _year;
};

int main() 
{
	const Date d(2025);   //const修饰实例化对象
	d.Print();
	return 0;
}

编译器报错，因为const修饰实例化对象，导致对象的访问权限缩小，但是Print隐含的this指针为

Date* const this，所以实参传到形参的过程中触发了权限放大，但是权限只能平行或者缩小，所以编译器报错。

6、取地址运算符重载

取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载，一般这两个函数编译器自动生成的就可以够我们用了，不需要去显示实现。对于const修饰的对象，会优先去调用const取地址运算符重载，我们可以通过调试来观察。

class MyClass {
public:
    // 重载取地址运算符
    MyClass* operator&() {
        // 返回指向当前对象的指针（或自定义指针）
        return this;
    }

    // 常量版本（用于const对象）
    const MyClass* operator&() const {
        return this;
    }
};

自定义地址返回

重载后可以返回自定义的地址（例如指向对象内部某个成员的指针，或经过处理的地址）：

class Wrapper {
private:
    int data;
public:
    // 重载取地址运算符，返回内部data的地址
    int* operator&() {
        return &data;  // 不返回Wrapper对象本身的地址，而是返回data成员的地址
    }
};

总结

类的六个默认成员函数的分享就到此结束（难绷），真的是轻舟已过万重山，这些函数各自都有特点，又有相同点，就比如拷贝构造函数和赋值运算符重载，调用时就很容易混淆，但这俩在什么场景下需要自己实现却一模一样。

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