【C++】类和对象（全）

#include<iostream>
using namespace std;

class Stack
{
public:
    // 成员函数
    void Init(int n = 4);

    void Push(int x)
    {
        // ...扩容
        array[top++] = x;
    }

    int Top()
    {
        assert(top > 0);
        return array[top - 1];
    }

    void Destroy()
    {
        free(array);
        array = nullptr;
        top = capacity = 0;
    }

private:
    // 成员变量
    int* array;
    size_t capacity;
    size_t top;
}; // 分号不能省略

int main()
{
    Stack st;
    st.Init();
    st.Push(1);
    st.Push(2);
    cout << st.Top() << endl;
    st.Destroy();
    return 0;
}

cpp 复制代码

//struct升级成了类
//可定义函数
//且Date就可代表类型 不再需要typedef struct Date ...


struct Date
{
public:
    void Init(int year, int month, int day)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }

private:
    // 为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量
    // 会加⼀个特殊标识，如_ 或者 m开头
    int _year; // year_ m_year
    int _month;
    int _day;
};

int main()
{
    Date d;
    d.Init(2024, 3, 31);
    return 0;
}

1.2访问限定符

C++⼀种实现封装的方式，用类将对象的属性与方法结合 在⼀块，让对象更加完善，通过访问权限选择性的将其接⼝提供给外部的用户使用。

public 修饰的成员在类外可以直接被访问；protected 和private 修饰的成员在类外不能直接被访问，protected和private是⼀样的，之后的继承章节才能体现出他们的区别。

访问权限作用域从该访问限定符出现的位置开始直到下⼀个访问限定符出现时为止，如果后⾯没有访问限定符，作用域就到 }即类结束。

class定义成员没有被访问限定符修饰时默认为private，struct默认为public。

⼀般成员变量都会被限制为private/protected，需要给别⼈使⽤的成员函数会放为public。

|-----------------------|
| public：在类外可以直接被访问 |
| protected：不能直接被访问 |
| private：不能直接被访问 |

1.3类域

类定义了⼀个新的作用域，类的所有成员都在类的作用域中，在类体外定义成员时，需要使用 :: 作用域操作符 指明成员属于哪个类域。

类域影响的是编译的查找规则，下⾯程序中Init如果不指定类域Stack，那么编译器就把Init当成全局函数，那么编译时，找不到array等成员的声明/定义在哪⾥，就会报错。指定类域Stack，就是知道Init是成员函数，当前域找不到的array等成员，就会到类域中去查找。

cpp 复制代码

class Stack
{
public:
    void Init(int n = 4)；

private:
    //...
};

// 声明和定义分离，需要指定类域
void Stack::Init(int n)
    {
        //...
    }

1.4类的实例化

1.4.1 实例化概念

用类类型在物理内存中创建对象的过程，称为类实例化出对象。

类是对象进的行一种抽象描述，是⼀个模型⼀样的东西，限定了类有哪些成员变量，这些成员变量只是声明，没有分配空间，只有当类实例化出对象时，才会分配空间。

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
    void Init(int year, int month, int day)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
    void Print()
    {
        cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
    }
private:
    // 这⾥只是声明，没有开空间
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

int main()
{
    // Date类实例化出对象d1和d2，此时才为d1和d2对象分配内存
    Date d1;
    Date d2;

    d1.Init(2024, 3, 31);
    d1.Print();

    d2.Init(2024, 7, 5);
    d2.Print();

    return 0;
}

1.4.2 匿名对象

用类型(实参) 定义出来的对象叫做匿名对象，相⽐之前我们定义的类型对象名(实参) 定义出来的叫有名对象。

匿名对象⽣命周期只在当前一行，一般临时定义⼀个对象当前用⼀下即可，就可以定义匿名对象。

cpp 复制代码

class A
{
public:
    A(int a = 0)
    :_a(a)
    {
        cout << "A(int a)" << endl;
    }

    ~A()
    {
        cout << "~A()" << endl;
    }

private:
    int _a;
};

class Solution 
{
public:
    int Sum_Solution(int n)
    {
        //...
        return n;
    }
};

int main()
{
    A aa1;
    // 不能这么定义对象，因为编译器⽆法识别下⾯是⼀个函数声明，还是对象定义
    //A aa1();
    // 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点不⽤取名字，
    // 但是他的⽣命周期只有这⼀⾏，我们可以看到下⼀⾏他就会⾃动调⽤析构函数
    A();
    A(1);
    // 匿名对象在这样场景下就很好⽤
    Solution().Sum_Solution(10);
    return 0;
}

1.4.3 static成员

用static修饰的成员变量，称之为静态成员变量，静态成员变量⼀定要在类外进行初始化， 当然也有特例。（如果是 static size_t 类型就可以在类中进行初始化）

静态成员变量为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，不存在对象中，存放在静态区 。

用static修饰的成员函数，称之为静态成员函数，静态成员函数没有this指针 。

静态成员函数中可以访问其他的静态成员，但是不能访问非静态的，因为没有this指针。

非静态的成员函数，可以访问任意的静态成员变量和静态成员函数。

突破类域就可以访问静态成员，可以通过类名::静态成员或者对象.静态成员来访问静态成员变量和静态成员函数。

静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制， 静态成员变量受protected或private限制时，可以像下方代码中一样，设计一个对外的接口来实现访问 。

静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是走构造函数初始化列表的，静态成员变量不属于某个对象，不走构造函数初始化列表。

cpp 复制代码

// 实现⼀个类，计算程序中创建出了多少个类对象？
#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
    A()
    {
        ++_scount;
    }

    A(const A& t)
    {
        ++_scount;
    }

    ~A()
    {
        --_scount;
    }

    static int GetACount()
    {
        return _scount;
    }
private:
    // 类⾥⾯声明
    static int _scount;
};

// 类外⾯初始化
int A::_scount = 0;

int main()
{
    cout << A::GetACount() << endl;
    A a1, a2;
    A a3(a1);

    cout << A::GetACount() << endl;
    cout << a1.GetACount() << endl;

    // 编译报错：error C2248: "A::_scount": ⽆法访问 private 成员(在"A"类中声明)
    //cout << A::_scount << endl;
    return 0;
}

1.4.4 类对象大小

类实例化出的每个对象，都有独立的数据空间，所以对象中肯定包含成员变量，那么成员函数是否包含呢？首先函数被编译后是⼀段指令，对象中没办法存储，这些指令存储在⼀个单独的区域(代码段)，那么对象中非要存储的话，只能是成员函数的指针。再分析⼀下，对象中是否有存储指针的必要呢，Date实例化d1和d2两个对象，d1和d2都有各自独立的成员变量_year/_month/_day存储各自的数据，但是d1和d2的成员函数Init/Print指针却是⼀样的，存储在对象中就浪费了。

内存对齐规则

• 第⼀个成员在与结构体偏移量为0的地址处。

• 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。

• 注意：对齐数 = 编译器默认的⼀个对齐数与该成员大小的较小值。

• VS中默认的对齐数为8

• 结构体总大小为：最大对齐数（所有变量类型最大者与默认对齐参数取最小）的整数倍。

• 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

cpp 复制代码

// 计算⼀下A/B/C实例化的对象是多⼤？
class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << _ch << endl;
    }
private:
    char _ch;
    int _i;
};

class B
{
public:
    void Print()
    {
        //...
    }
};

class C
{};

int main()
{
A a;
B b;
C c;
cout << sizeof(a) << endl;

cout << sizeof(b) << endl;
cout << sizeof(c) << endl;
return 0;
}

上面的程序运行后，我们看到没有成员变量的B和C类对象的大小是1，为什么没有成员变量还要给1个字节呢？因为如果⼀个字节都不给，无法表示对象存在过，所以这里给1字节，纯粹是为了占位标识对象存在。

1.5 this指针

Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用Init和Print函数时，该函数是如何知道应该访问的是d1对象还是d2对象呢？那么这里就要看到C++给了⼀个隐含的this指针 解决这里的问题

编译器编译后，类的成员函数默认都会在形参第⼀个位置，增加⼀个当前类类型的指针，叫做this指针。比如Date类的Init的真实原型为， void Init(Date* const this, int year,int month, int day)

类的成员函数中访问成员变量，本质都是通过this指针访问的 ，如Init函数中给_year赋值， this->_year = year;

C++规定不能在实参和形参的位置显示的写this指针(编译时编译器会处理)，但是可以在函数体内显示使用this指针。

cpp 复制代码

class Date
{
public:
    void Init(int year, int month, int day)
    {
        // 编译报错：error C2106: "=": 左操作数必须为左值
        // this = nullptr;
        // this->_year = year;
        _year = year;
        this->_month = month;
        this->_day = day;
    }

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

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

int main()
{
    Date d1;
    Date d2;

    d1.Init(2024, 3, 31);
    d1.Print();

    d2.Init(2024, 7, 5);
    d2.Print();
    return 0;
}

两道测试题

1.下⾯程序编译运行结果是（）

A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "A::Print()" << endl;
    }
private:
    int _a;
};

int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->Print();
    return 0;
}

答案：C 实际上是调用print函数，并没有解引用的操作。

2.下⾯程序编译运行结果是（）

A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "A::Print()" << endl;
        cout << _a << endl;
    }
private:
    int _a;
};

int main()
    {
    A* p = nullptr;
    p->Print();
    return 0;
}

答案：B cout <<this-> _a << endl; 对空指针解引用了。

1.6 const成员函数

加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

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;
}

2.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，我们不写的情况下编译器会默认生成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以后还会增加两个默认成员函数，移动构造和移动赋值，这个之后再讲。默认成员函数很重要，也比较复杂。

2.1构造函数与析构函数

2.1.1 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 。 (返回值啥都不需要给，也不需要写void，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 。

构造函数支持重载 。

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（也就是无参构造函数），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，这个前面也提到过。总结⼀下就是不传实参就可以调用的构造就叫默认构造。

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，我们要初始化这个成员变量，需要用初始化列表才能解决，初始化列表我们下面就会讲解。

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，自定义类型就是我们使用class/struct等关键字自己定义的类型。

cpp 复制代码

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(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;
}

cpp 复制代码

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;
}

2.1.1.1 初始化列表

上面我们实现构造函数时，初始化成员变量主要使用函数体内赋值，构造函数初始化还有⼀种方式，就是初始化列表 ，初始化列表的使用方式是以⼀个冒号开始 ，接着是⼀个以逗号分隔 的数据成员列表，每个"成员变量"后⾯跟⼀个放在括号中的初始值或表达式 。

每个成员变量在初始化列表中只能出现⼀次，语法理解上初始化列表可以认为是每个成员变量定义初始化的地方。

引用成员变量，const成员变量 ，没有默认构造的类类型变量 ，必须放在初始化列表位置进行初始化 ，否则会编译报错 。

C++11支持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显示在初始化列表初始化的成员使用的。

尽量使用初始化列表初始化，因为不在初始化列表初始化的成员也会走初始化列表，如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会用这个缺省值初始化 。如果没有给缺省值，对于没有显示在初始化列表初始化的内置类型成员是否初始化取决于编译器，C++并没有规定。对于没有显示在初始化列表初始化的自定义类型成员会调用这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造会编译错误。

初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进行初始化，跟成员在初始化列表出现的的先后顺序无关。建议声明顺序和初始化列表顺序保持⼀致。

初始化列表总结：

无论是否显示写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表；

无论是否在初始化列表显示初始化成员变量，每个成员变量都要走初始化列表初始化；

cpp 复制代码

class Time
{
public:
    Time(int hour)
    :_hour(hour)
    {
        cout << "Time()" << endl;
    }
private:
    int _hour;
};

class Date
{
public:
    Date(int& x, int year = 1, int month = 1, int day = 1)
    :_year(year)
    ,_month(month)
    ,_day(day)
    ,_t(12)
    ,_ref(x)
    ,_n(1)
    {
        // error C2512: "Time": 没有合适的默认构造函数可⽤
        // error C2530 : "Date::_ref" : 必须初始化引⽤
        // error C2789 : "Date::_n" : 必须初始化常量限定类型的对象
    }

    // Date(int& x, int year = 1, int month = 1, int day = 1)
    //:_ref(x)
    //{}
 


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

private:
    // 注意这⾥不是初始化，这⾥给的是缺省值，这个缺省值是给初始化列表的
    // 如果初始化列表没有显⽰初始化，默认就会⽤这个缺省值初始化
    int _year = 2;
    int _month = 2;
    int _day = 2：
    Time _t = 1;      // 没有默认构造
    int& _ref;    // 引⽤
    const int _n = 1; // const
};

下⾯程序的运⾏结果是什么（）

A. 输出 1 1 B. 输出 2 2 C. 编译报错 D. 输出 1 随机值 E. 输出 1 2 F. 输出 2 1

cpp 复制代码

class A
{
public:
    A(int a)
    :_a1(a)
    , _a2(_a1)
    {}

    void Print() {
        cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
    }
private:
    int _a2 = 2;
    int _a1 = 2;
};

int main()
{
    A aa(1);
    aa.Print();
}

答案：D 按照成员变量声明顺序进行初始化

2.1.1.2 类型转换

C++支持内置类型隐式类型转换为类类型对象 ，需要有相关内置类型为参数的构造函数。

构造函数前面加explicit 就不再支持隐式类型转换。

类类型的对象之间也可以隐式转换，需要相应的构造函数支持。

cpp 复制代码

class A
{
public:
    // 构造函数explicit就不再⽀持隐式类型转换
    // explicit A(int a1)
    A(int a1)
    :_a1(a1)
    {}

    //explicit A(int a1, int a2)
    A(int a1, int a2)
    :_a1(a1)
    , _a2(a2)
    {}

    void Print()
    {
        cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
    }

    int Get() const
    {
        return _a1 + _a2;
    }

private:
    int _a1 = 1;
    int _a2 = 2;
};

class B
{
public:
    B(const A& a)
    :_b(a.Get())
    {}

private:
    int _b = 0;
};

int main()
{
    // 1构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa1
    // 编译器遇到连续构造+拷⻉构造->优化为直接构造
    A aa1 = 1;
    aa1.Print();
    const A& aa2 = 1;

    // C++11之后才⽀持多参数转化
    A aa3 = { 2,2 };

    // aa3隐式类型转换为b对象
    // 原理跟上⾯类似
    B b = aa3;
    const B& rb = aa3;
    return 0;
}

2.1.2 析构函数

析构函数与构造函数功能相反，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。析构函数的功能可以类比我们之前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他的析构函数。

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，也不需要显示写析构，如MyQueue；但是有资源申请时，⼀定要写析构，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

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;
    }

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

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

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

private:
    Stack pushst;
    Stack popst;
};

2.2拷贝构造函数

2.2.1 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。

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 ，所以自定义类型传值传参 和传值返回 都会调用拷贝构造 完成（存在临时对象）。

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足够了。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，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。

传值引用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当前函数局部域的局部对象，函数结束就销毁了，此时的引用返回就是有问题的，这时的引用相当于⼀个野引用，类似⼀个野指针⼀样。所以传引用返回一定要关注引用对象的生命周期。

cpp 复制代码

class Date
{
public:

    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) //第一个参数是当前类类型的引用
    {
        _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 tmp(2024, 7, 5);
    tmp.Print();
    return tmp;
}

int main()
{
    Date d1(2024, 7, 5);

    // 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);//传参过程中因为"临时对象的存在"，会调用两次拷贝构造，但规定"优化"后只会调用一次，临时对象被消除了，直接用实参构造形参
    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
    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;
}

2.2.2 对象拷贝时的编译器优化

现代编译器会为了尽可能提高程序的效率，在不影响正确性的情况下会尽可能减少⼀些传参和传返回值的过程中可以省略的拷贝。

如何优化C++标准并没有严格规定，各个编译器会根据情况自行处理。当前主流的相对新⼀点的编译器对于连续⼀个表达式步骤中的连续拷贝会进行合并优化 ，有些更新更"激进"的编译器还会进行跨行跨表达式的合并优化。

cpp 复制代码

class A
{
public:
    A(int a = 0)
    :_a1(a)
    {
        cout << "A(int a)" << endl;
    }

    A(const A& aa)
    :_a1(aa._a1)
    {
        cout << "A(const A& aa)" << endl;
    }

    A& operator=(const A& aa)
    {
        cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;
        if (this != &aa)
        {
            _a1 = aa._a1;
        }
        return *this;
    }

    ~A()
    {
        cout << "~A()" << endl;
    }

private:
    int _a1 = 1;
};

void f1(A aa)
{}

A f2()
{
    A aa;
    return aa;
}

int main()
{
    // 传值传参 构造+拷⻉构造
    A aa1;
    f1(aa1);
    cout << endl;

    // 隐式类型，连续构造+拷⻉构造->优化为直接构造
    f1(1);

    // ⼀个表达式中，连续构造+拷⻉构造->优化为⼀个构造
    f1(A(2));
    cout << endl;
    cout << "***********************************************" << endl;

    // ⼀些编译器会优化得更厉害，将构造的局部对象和拷⻉构造的临时对象优化为直接构造
    f2();
    cout << endl;

    // 返回时⼀个表达式中，连续拷⻉构造+拷⻉构造->优化⼀个拷⻉构造 （vs2019 debug）
    // ⼀些编译器会优化得更厉害，进⾏跨⾏合并优化，将构造的局部对象aa和拷⻉的临时对象
    和接收返回值对象aa2优化为⼀个直接构造。（vs2022 debug）
    A aa2 = f2();
    cout << endl;

    return 0;
}

2.3赋值运算符重载

2.3.1 运算符重载

当运算符被用于类类型的对象时，我们可以通过运算符重载的形式指定其新的含义。C++规定类类型对象使用运算符时，必须转换成调用对应的运算符重载 ，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。

运算符重载是具有特殊名字的函数，名字由operator和后面要定义的运算符 共同构成（如operator++、operator-)。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。重载操作符至少有⼀个类类型参数 ，且不能重载改变内置类型对象的含义。

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。

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@。同时注意以下五个运算符不能重载**.*** :: sizeof ? : . 。

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，便于区分。

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

// 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;
}


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;
    }

    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;
};

// 重载为全局的⾯临对象访问私有成员变量的问题，有以下⼏种⽅法可以解决：
// 1、成员放公有
// 2、Date提供getxxx函数 (1.4.3 static成员函数提及)
// 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;
}

ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
    out << d._year << "年" << d._month << "⽉" << d._day << "⽇" << endl;
    return out;
}

istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
    cout << "请依次输⼊年⽉⽇:>";
    in >> d._year >> d._month >> d._day;
    //...
    return in;
}

int main()
{
    Date d1(2026, 7, 6);
    Date d2(2026, 7, 7);

    // 运算符重载函数可以显⽰调⽤
    operator==(d1, d2);
    //或
    d1.operator==(d2);

    // 也可以写成下面这种方式，编译器会转换成 operator==(d1, 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;
}

2.3.2 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。

cpp 复制代码

class Date
{
public:
    Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
    {//...}

    Date(const Date& d)
    {//...}

    // 传引⽤返回减少拷⻉
    Date& operator=(const Date& d)
    {
        // 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;
}

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

int main()
{
    Date d1(2024, 7, 5);
    Date d2(d1);    //拷贝构造
    Date d3(2024, 7, 6);
    d1 = d3;    //赋值重载

    Date d4 = d1;  // 需要注意这⾥是拷⻉构造，不是赋值重载
    return 0;
}

2.4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够我们使用了，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，就可以实现⼀份，胡乱返回⼀个地址。

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
};

3.内部类

3.1 友元

友元提供了⼀种突破类访问限定符封装的方式，友元分为：友元函数和友元类 ，在函数声明或者类声明的前面加friend，并且把友元声明放到⼀个类的里面。

外部友元函数可访问类的私有和保护成员 ，友元函数仅仅是⼀种声明，他不是类的成员数。

友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制 。

⼀个函数可以是多个类的友元函数。

友元类中的成员函数都可以是另⼀个类的友元函数，都可以访问另⼀个类中的私有和保护成员。

友元类的关系是单向的，不具有交换性 。

友元类关系不能传递 ，比如A是B的友元， B是C的友元，但是A不是C的友元。

友元提供了便利，但是友元会增加耦合度 ，破坏了封装，所以友元不宜多用。

cpp 复制代码

// 前置声明，否则A的友元函数声明编译器不认识B
class B;
class A
{
    // 友元声明
    friend void func(const A& aa, const B& bb);

    friend class B;

private:
    int _a1 = 1;
    int _a2 = 2;
};
    
class B
{
public:

    void func1(const A& aa)
    {
        cout << aa._a1 << endl;
        cout << _b1 << endl;
    }

    void func2(const A& aa)
    {
        cout << aa._a2 << endl;
        cout << _b2 << endl;
    }

    // 友元声明
    friend void func(const A& aa, const B& bb);

private:
    int _b1 = 3;
    int _b2 = 4;
};

void func(const A& aa, const B& bb)
{
    cout << aa._a1 << endl;
    cout << bb._b1 << endl;
}

int main()
{
    A aa;
    B bb;
    func(aa, bb);
    bb.func1(aa);
    return 0;
}

3.2内部类

如果⼀个类定义在另⼀个类的内部，这个类就叫做内部类。内部类是⼀个独立的类，跟定义在全局相比，他只是受外部类类域限制和访问限定符限制，所以外部类定义的对象中不包含内部类。

内部类本质也是⼀种封装，当A类跟B类紧密关联，A类实现出来主要就是给B类使用，那么可以考虑把A类设计为B的内部类，如果放到private/protected位置，那么A类就是B类的专属内部类，其他地方都用不了。

访问方向	能否访问私有成员	条件
内部类 A → 外部类 B	能（无条件）	通过 B 的对象、引用或指针即可
外部类 B → 内部类 A	不能（默认）	除非把 B 声明为 A 的友元，或通过 A 的公开接口
第三方类 C → 内部类 A	取决于 A 的访问修饰符	public/private/protected 决定

cpp 复制代码

class B
{
private:
    static int _k;
    int _h = 1;

public:
    class A 
    {
    public:
        void foo(const B& b)
        {
            cout << _k << endl;
            //OK
            cout << b._h << endl;
            //OK
        }

    int _a1;
    };
};

int A::_k = 1;

int main()
{
    cout << sizeof(B) << endl; //外部类定义的对象中不包含内部类

    B::A a;
    B bb;
    a.foo(bb);
    return 0;
}