C++类和对象——中

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作者
筋斗云
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1. 类的默认成员函数

默认成员函数就是⽤⼾没有显式实现,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。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。

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: 1. 函数名与类名相同。 2. ⽆返回值。 (返回值啥都不需要给,也不需要写void) 3. 对象实例化时系统会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,⼀旦⽤⼾显式定义编译器将不再⽣成。6. 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。总结⼀下就是不传实参就可以调⽤的构造就叫默认构造。 7. 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。 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。

 我们来看编译器自动生成的构造函数的行为是什么:(该编译器是VS2022)

//编译器自动生成的构造函数 #include<iostream> using namespace std; class Date { public: 	void Print() 	{ 		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl; 	} private: 	int _year; 	int _month; 	int _day; };  int main() { 	Date d1; 	d1.Print(); 	 	return 0; }

 运行结果:随机值

#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(与无差构造不能同时存在,会发生调用歧义) 	 // 默认构造只能存在一个 	/*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() { 	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();错误的创建对象的用法 	d1.Print(); 	d2.Print();  	return 0; }

有一个注意点是:当调用默认构造函数时用Date d1();的创建对象的方法是错误的;()不能加。

一般情况下编译器自己生成的构造函数不能满足我们的需求,我们需要自己写,但是类似下面这中情况我们可以不写。用两个栈实现队列

#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; 	} 	// ... private: 	STDataType* _a; 	size_t _capacity; 	size_t _top; };  // 两个Stack实现队列 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;  }

我们初始化mq时调用编译器自动生成的构造函数,因为MyQueue类的属性只包含两个栈,初始化时就会自动调用栈的构造函数,然而栈的构造函数是我们写好的,所以综上,MyQueue的构造就不用我们直接写了。

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,他就释放了,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: 1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。 2. ⽆参数⽆返回值。 (这⾥跟构造类似,也不需要加void) 3. 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。 4. 对象⽣命周期结束时,系统会⾃动调⽤析构函数5. 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。 6. 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。7. 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(两个栈实现队列);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。 8. ⼀个局部域的多个对象,C++规定后定义的先析构。
#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;  };   // 两个Stack实现队列  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  		 // 若显⽰写析构,也会⾃动调⽤Stack的析构 		 /*~MyQueue() 		 {}*/  private: 	 Stack pushst; 	 Stack popst;  };   int main()  { 	 Stack st;  	 MyQueue mq;  	 return 0;  }

  如果MyQueue中还有除了stack还有资源那么自己写MyQueue时只要释放stack以外的资源就好了,stack的析构还是会自己调用的。

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。

4. 拷⻉构造函数

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⻉构造函数,也就是说拷⻉构造是⼀个特殊的构造函数。 拷⻉构造的特点: 1. 拷⻉构造函数是构造函数的⼀个重载。 2. 拷⻉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。 3. C++规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造,所以这⾥⾃定义类型传值传参和传值返回都会调⽤拷⻉构造完成。 4. 若未显式定义拷⻉构造,编译器会⽣成⾃动⽣成拷⻉构造函数。⾃动⽣成的拷⻉构造对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉),对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷⻉构造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⻉构造就可以完成需要的拷⻉,所以不需要我们显⽰实现拷⻉构造。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⻉构造完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我们的需求,所以需要我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉)。像MyQueue(两个栈实现队列)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⻉构造会调⽤Stack的拷⻉构造,也不需要我们显⽰实现MyQueue的拷⻉构造。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⻉构造,否则就不需要6. 传值返回会产⽣⼀个临时对象调⽤拷⻉构造,传引⽤返回,返回的是返回对象的别名(引⽤),没有产⽣拷⻉。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⻉,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。 第2点看下图

我们看到用d1初始化d2,但是d1传值传参时需要调用拷贝构造,我们本身就是要调用拷贝构造,但是传值传参是又调用拷贝构造就会导致无穷递归调用。

#include<iostream> using namespace std;  class Date { public: 	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) 	{ 		_year = year; 		_month = month; 		_day = day; 	}   	Date(const Date& d) 	{ 		cout << "Date(const Date& d)" << endl; 		_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(2024, 7, 5); 	 tmp.Print();  	 return tmp;  }   int main()  { 	 Date d1(2024, 7, 5);  	 /* 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;  	  	 return 0;  }

运行结果:

给Func传值时会调用拷贝构造,我们也可以看到原来的d1和调用函数拷贝构造的d的地址是不一样的。

#include<iostream> using namespace std;  class Date { public: //这样写不是拷贝构造第一个参数必须是本身类类型的引用, //这样写的话再进行函数调用时就会很麻烦     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; }; int main() {  Date d1(2024, 7, 5); //如果咋样写构造函数不是,他不是拷贝构造,调用时还有取地址很鸡肋,在这里我们也可以看到 //引用和指针是相辅相成的。虽然引用的底层是指针但是使用引用的场景不能被指针替代。  Date d2(&d1);  d1.Print();  d2.Print();     return 0; }
#include<iostream> using namespace std;  class Date { public: 	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) 	{ 		_year = year; 		_month = month; 		_day = day; 	}   	Date(const Date& d) 	{ 		cout << "Date(const Date& d)" << endl; 		_year = d._year; 		_month = d._month; 		_day = d._day; 	}  	void Print() 	{ 		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 	} private: 	int _year; 	int _month; 	int _day; };  int main()  { 	 Date d1(2024, 7, 5); 	 //拷贝构造也可以这样写 	 Date d2 = d1; 	 d1.Print(); 	 d2.Print();  	 return 0;  }

拷贝构造调用也可以写成上面的形式,这种形式看着就很舒服了。

#include<iostream> using namespace std;  class Date { public: 	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) 	{ 		_year = year; 		_month = month; 		_day = day; 	}   	Date(const Date& d) 	{ 		cout << "Date(const Date& d)" << endl; 		_year = d._year; 		_month = d._month; 		_day = d._day; 	}  	void Print() 	{ 		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 	} private: 	int _year; 	int _month; 	int _day; };  Date& Func2()  { 	 Date tmp(2024, 7, 5); 	 tmp.Print();  	 return tmp;  }   int main()  {  	 // 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;  }

运行结果:

调用func2()时会创建一个对象,打印出来,并返回该对象的引用,但是出函数时栈帧就被销毁了,返回的是一个野引用返回后,赋值进行拷贝构造,但是打印ret时是随机值,原因就是返回了野引用。

//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) { 	cout << "Date(const Date& d)" << endl; 	_year = d._year; 	_month = d._month; 	_day = d._day; }

 

如果我们写构造函数时没有传类的引用,那么会报错,会产生无穷递归。

若是Stack类我们自己不写拷贝构造进行浅拷贝,那么对于STDateType* _a就会仅仅进行地址的拷贝导致有两个对象的属性都指向_a中的资源,生命周期结束时就会对该资源进行两次free发生报错。

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姝名字的函数,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。(选择题⾥⾯常考,⼤家要记⼀下) 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。

.*操作符我们可能很陌生,我们看一下:

#include<iostream> using namespace std; class A { public: 	void func() 	{ 		cout << "A::func()" << endl; 	} }; typedef void(A::* PF)(); int main() { 	//回调函数     //这里需要&,算是一种规定 	PF pf = &A::func; 	A aa; 	(aa.*pf)();  	return 0; }

在进行回调函数时我们会用到,但一般情况下我们很少使用该运算符。

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