c++类和对象详解（中篇）

write in front

作者：@ 不进大厂不改名
专栏：@ c++语言
作者简介：大一学生 希望能学习其同学和大佬的经验！
本篇博客简介：c++的类和对象，本系列估计要分为三篇文章，学会了可以了解c++的封装的特点（为c++后面的STL的容器的底层实现打下基础）。

本章目标
1.类的6个默认成员函数
2.构造函数
3.析构函数
4.拷贝构造函数

1.类的6个默认成员函数

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。
空类中真的什么都没有吗？并不是，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下6个默认成员函数。
默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。

class Date{};

虽然说编译器会帮助我们生成默认的成员函数，但是这些一般不能满足我们的要求，所以我们有时候会自己写成员函数，下面的章节就讲述了如何写成员函数。

2.构造函数

概念

对于以下Date类：

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:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1;d1.Init(2022, 7, 5);d1.Print();Date d2;d2.Init(2022, 7, 6);d2.Print();return 0;
}

对于Date类，可以通过 Init 公有方法给对象设置日期，但如果每次创建对象时都调用该方法(函数)设置信息，未免有点麻烦，那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？(就是通过构造函数)

构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用，以保证每个数据成员都有 一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。

特性

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，而是初始化对象。
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。

带参构造

Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}

初始化(使用方式)

Date d1(2023,4,9);
Date d2(2023,4,10);

结果

这两个构成函数重载

无参构造

Date(){_year = 1;_month = 1;_day = 1;}

初始化(使用方式)

Date d1;

缺省参数构造

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

初始化(使用方式)

Date d1;

那么下面的两个函数构成重载吗？

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

答案是：构成重载
因为它们函数参数的个数不同
但是它们不能同时存在，因为创建对象后，对象不知道该调用哪一个函数来进行初始化。
也就是这两个函数具有二义性。

无构造函数

class Date
{
public:void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1;d1.Print();
}

我们可以看到它确实完成了初始化，但是我们发现它完成初始化的数据和随机值差不多。

默认生成的构造函数的作用
那么有同学可能会问：不实现构造函数的情况下，编译器会生成默认的构造函数。但是看起来默认构造函数又没什么用？
解答：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数据类型，如：int/char…，自定义类型就是我们使用class/struct/union等自己定义的类型，看看下面的程序，就会发现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。

class Time
{
public:Time(){_hour = 0;_minute = 0;_second = 0;cout << "Time()" << endl;}
private:int _hour;int _minute;int _second;
};
class Date
{
public:void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;Time _t;
};

c++11针对内置类型不能初始化的缺陷，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。

class Time
{
public:Time(){_hour = 0;_minute = 0;_second = 0;cout << "Time()" << endl;}
private:int _hour;int _minute;int _second;
};
class Date
{
public:void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:int _year=1;int _month=1;int _day=1;Time _t;
};

总结：当我们没有写构造函数的时候系统会默认生成一个构造函数但是这个构造函数和我们所希望的有一些不同，所以一般我们还是推荐构造函数的值自己来写。

3.析构函数

概念：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，局部对象销毁工作是由编译器完成的。而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工作。

析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：

1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
2. 无参数无返回值类型。
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。注意：析构函数不能重载
4. 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。

typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 3){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);if (NULL == _array){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(DataType data){// CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}~Stack(){cout<<"~Stack()"<<endl;if (_array){free(_array);_array = NULL;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};int main()
{Stack st;st.Push(1);return 0;
}

关于编译器自动生成的析构函数，是否会完成一些事情呢？下面的程序我们会看到，编译器生成的默认析构函数，对自定类型成员调用它的析构函数。

class Time
{
public:~Time(){cout << "~Time()" << endl;}
private:int _hour;int _minute;int _second;
};
class Date
{
private:// 基本类型(内置类型)int _year = 1970;int _month = 1;int _day = 1;// 自定义类型Time _t;
};
int main()
{Date d;return 0;
}

程序运行结束后输出：~Time()
在main方法中根本没有直接创建Time类的对象，为什么最后会调用Time类的析构函数？
因为：main方法中创建了Date对象d，而d中包含4个成员变量，其中_year, _month,_day三个是内置类型成员，销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可；而_t是Time类对象，所以在d销毁时，要将其内部包含的Time类的_t对象销毁，所以要调用Time类的析构函数。但是main函数中不能直接调用Time类的析构函数，实际要释放的是Date类对象，所以编译器会调用Date类的析构函数，而Date没有显式提供，则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数，目的是在其内部调用Time类的析构函数，即当Date对象销毁时，要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁main函数中并没有直接调用Time类析构函数，而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数。

注意：创建哪个类的对象则调用该类的析构函数，销毁那个类的对象则调用该类的析构函数

4.拷贝构造函数

在现实生活中，可能存在一个与你一样的自己，我们称其为双胞胎。

拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。
拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：

1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
2. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用.

class Date
{public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}Date(const Date& d){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}void Print(){cout << _year << " " << _month << " " << _day << endl;}private:// 基本类型(内置类型)int _year ;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d;Date d1(d);d1.Print();return 0;
}

如果上面的传引用变成传值就会发生无线递归：

Date(const Date d)
{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;
}

若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。 默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。

class Time
{
public:Time(){_hour = 1;_minute = 1;_second = 1;}/*Time(const Time& t){_hour = t._hour;_minute = t._minute;_second = t._second;cout << "Time::Time(const Time&)" << endl;}*/
private:int _hour;int _minute;int _second;
};
class Date
{
private:// 基本类型(内置类型)int _year = 1970;int _month = 1;int _day = 1;// 自定义类型Time _t;
};
int main()
{Date d1;Date d2(d1);return 0;
}
// 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数// 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构造函数

注意：在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。
编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己显式实现吗？当然像日期类这样的类是没必要的。
但是像下面的场景就编译器默认生成的拷贝就不起作用了。

typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 10){_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败");return;}_size = 0;_capacity = capacity;}void Push(const DataType& data){// CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}~Stack(){if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:DataType* _array;size_t _size;size_t _capacity;
};
int main()
{Stack s1;s1.Push(1);Stack s2(s1);return 0;
}

我们在c语言中是不是说过，一个空间不能释放多次次，不然会报错。

int main()
{int* a = (int *)malloc(sizeof(int));free(a);free(a);
}

这个错误是不是和上面的错误一样
那我们就清楚了，上面的错误肯定是一块空间被释放多次造成的，那么应该怎么理解呢？

由于是编译器默认生成的是浅拷贝，所以s1和s2指向的是同一块空间，所以进行析构时，释放了两次，就会报错。
所以我们这时需要一个深拷贝，深拷贝会自己开辟一块空间，两个对象互不干扰。

注意：类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。

拷贝构造函数典型调用场景：
1.使用已存在对象创建新对象
2.函数参数类型为类类型对象
3.函数返回值类型为类类型对象

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