C++ 类和对象（二）

[1. 类的默认成员函数](#1. 类的默认成员函数)

[2. 构造函数](#2. 构造函数)

构造函数的特点：

[3. 析构函数](#3. 析构函数)

析构函数的特点：

[4. 拷贝构造函数](#4. 拷贝构造函数)

拷贝构造的特点：

[5. 赋值运算符重载](#5. 赋值运算符重载)

[5.1 运算符重载](#5.1 运算符重载)

[5.2 赋值运算符重载](#5.2 赋值运算符重载)

[6. 取地址运算符重载](#6. 取地址运算符重载)

[6.1 const 成员函数](#6.1 const 成员函数)

[6.2 取地址运算符重载](#6.2 取地址运算符重载)

正文开始：

1. 类的默认成员函数

默认成员函数就是用户没有显式实现，编译器会自动生成的成员函数称为默认成员函数。⼀个类，在不写的情况下编译器会默认生成以下6个默认成员函数，需要注意的是这6个中最重要的是前4个，最后两个取地址重载不重要，稍微了解⼀下即可。其次就是C++11以后还增加了两个默认成员函数，移动构造和移动赋值。注意默认成员函数很重要，也比较复杂，那么：

第⼀：我们不写时，编译器默认生成的函数行为是什么，是否满足我们的需求。
第⼆：编译器默认生成的函数不满足我们的需求，我们需要自己实现，那么如何自己实现？

2. 构造函数

构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象(我们常使用的局部对象是栈帧创建时，空间就开好了)，而是对象实例化时初始化对象。构造函数的本质是要替代我们以前Stack和Date类中写的Init函数的功能，构造函数自动调用的特点就完美的替代的了Init。

构造函数的特点：

函数名与类名相同
无返回值。 (返回值不需要给，也不需要写void，不要纠结，C++规定如此)
对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。
构造函数可以重载。
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。
无参构造函数、全缺省构造函数、我们不写构造时编译器默认生成的构造函数，都叫做默认构造函数。但是这三个函数有且只有⼀个存在，不能同时存在。无参构造函数和全缺省构造函数虽然构成函数重载，但是调用时会存在歧义。要注意不要认为默认构造函数是编译器默认生成那个叫默认构造，实际上无参构造函数、全缺省构造函数也是默认构造，总结⼀下就是不传实参就可以调用的构造就叫默认构造。
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，我们要初始化这个成员变量，需要用初始化列表才能解决。

说明：C++把类型分为内置类型（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，自定义类型就是class、struct等关键字自己定义的类型

cpp 复制代码

#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;
	}

	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
	// 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(2026, 1, 30); // 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;
}

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，它就释放了，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：

析构函数名是在类名前加上字符 ~
无参数无返回值。 (这⾥跟构造类似，也不需要加void)
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
对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数
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
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
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
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;
};

int main()
{
	Stack st;

	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。

用最新加了构造和析构的C++版本Stack实现

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C版本Stack实现

cpp 复制代码

// 用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);
			// 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;
}

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：

拷贝构造函数是构造函数的⼀个重载。
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。
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。
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他的拷贝构造。
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)。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。
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

#include <iostream>

using namespace std;

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;
	}

	// 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)

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

	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;
};

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

// Date Func2()
Date& Func2()
{
	Date tmp(2026, 1, 30);
	tmp.Print();

	return tmp;
}

int main()
{
	Date d1(2026, 1, 30);

	// 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
	//所以这⾥的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);
	d3.Print();

	// 也可以这样写，这⾥也是拷⻉构造
	Date d4 = d1;
	d4.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;

}

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
	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 _top;
	size_t _capacity;
};

//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;
}

5. 赋值运算符重载

5.1 运算符重载

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。
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。
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。
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保持⼀致。
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@。
.* **:: sizeof ?: .**注意以上5个运算符不能重载。
重载操作符至少有一个类类型参数，不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义，如：int operator + (int x, int y);
⼀个类需要重载哪些运算符，是看哪些运算符重载后有意义，比如Date类重载operator-就有意义，但是重载operator+就没有意义。
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。
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，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。

cpp 复制代码

#include<iostream>

using namespace std;

// 编译报错："operator +"必须⾄少有⼀个类类型的形参
int operator+(int x, int y)
{
	return x - y;
}

class A
{
public:
	void func()
	{
		cout << "A::func()" << endl;
	}
};

typedef void(A::* PF)(); //成员函数指针类型

int main()
{
	// C++规定成员函数要加&才能取到函数指针
	PF pf = &A::func;

	A obj;//定义ob类对象temp

	// 对象调⽤成员函数指针时，使⽤.*运算符
	(obj.*pf)();

	return 0;
}

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;

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

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

    //d1 + 100;
    Date operator+(int day);

    //d1 - 100;
    Date operator-(int day);

    // d1 - d2;
    int operator-(const Date& d);

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

// 重载为全局的⾯临对象访问私有成员变量的问题
// 有⼏种⽅法可以解决：
// 1、成员放公有
// 2、Date提供getxxx函数
// 3、友元函数
// 4、重载为成员函数
bool operator==(const Date & d1, const Date & d2)
{
	return d1._year == d2._year
		&& d1._month == d2._month
		&& d1._day == d2._day;
}

int main()
{
	Date d1(2026, 2, 1);
	Date d2(2026, 2, 2);
	
	// 运算符重载函数可以显⽰调⽤
	operator==(d1, d2);

	// 编译器会转换成 operator==(d1, d2);
	d1 == d2;

	return 0;
}

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;

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

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

	bool operator==(const Date & d)  //重载为成员函数
	{
		return _year == d._year
		&& _month == d._month
		&& _day == d._day;
	}

	Date & operator++()
	{
		cout << "前置++" << endl;
		//...
		return *this;
	}

	Date operator++(int)
	{
		Date tmp;
		cout << "后置++" << endl;
		
		//...
		return tmp;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2026, 2, 1);
	Date d2(2026, 2, 2);

	// 运算符重载函数可以显⽰调⽤
	d1.operator==(d2);

	// 编译器会转换成 d1.operator==(d2);
	d1 == d2;

	// 编译器会转换成 d1.operator++();
	++d1;
	// 编译器会转换成 d1.operator++(0);
	d1++;

	return 0;
}

5.2 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：

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，否则会传值传参会有拷贝
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。
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。
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_a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。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赋值运算符重载，否则就不需要。

cpp 复制代码

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

    //拷贝构造
	Date(const Date & d)
	{
		cout << " Date(const Date& d)" << endl;

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

	// 传引⽤返回减少拷⻉
	// d1 = d2;
	Date & operator=(const Date & d)
	{
		// 不要检查⾃⼰给⾃⼰赋值的情况
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
	
		// d1 = d2表达式的返回对象应该为d1，也就是*this
		return *this;
	}

	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};


int main()
{
	Date d1(2026, 2, 1);
	Date d2(2026, 2, 2);
	
    //赋值重载拷贝
	d1 = d2;
	
	// 需要注意这⾥是拷⻉构造，不是赋值重载
	// 请牢牢记住赋值重载是完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值
	// ⽽拷⻉构造⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象
    Date d3(d1);
	Date d4 = d2;
    

	return 0;
}

6. 取地址运算符重载

6.1 const 成员函数

是将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。

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// void Print(const Date* const this) const
	void Print() const
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	// 这⾥⾮const对象也可以调⽤const成员函数是⼀种权限的缩⼩
	Date d1(2024, 7, 5);
	d1.Print();
	const Date d2(2024, 8, 5);
	d2.Print();
	return 0;
}

6.2 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。除非⼀些很特殊的场景，比如我们不想让别⼈取到当前类对象的地址，就可以自己实现⼀份，随便返回⼀个地址。

cpp 复制代码

class Date
{
public:
	Date* operator&()
	{
		return this;
		// return nullptr;
	}

	const Date * operator&()const
	{
		return this;
		// return nullptr;
	}
private:
	int _year; // 年
	int _month; // ⽉
	int _day; // ⽇
};