C++类和对象(中)

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C++类和对象(中)

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C++类和对象(中)
- 1.类的6个默认成员函数
- 2.构造函数
- - 2.1构造函数的概念
  - 2.2构造函数特性
- 3.析构函数
- - 3.1析构函数概念
  - 3.2析构函数的特性
- 4.拷贝构造函数
- - 4.1拷贝构造函数概念
  - 4.2拷贝构造函数特性
- 5.运算符重载
- - 5.1运算符重载
  - 5.2赋值运算符重载
  - - 1. 赋值运算符重载格式
    - 2. 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数
    - 3.用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载
  - 5.3前置++和后置++重载
总结

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

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比如我们自己写一个空类：

class Data
{//这是一个空类，但是里面也有类的默认成员函数
};

2.构造函数

2.1构造函数的概念

对于以下的Data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？

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

2.2构造函数特性

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：

函数名与类名相同。
无返回值。
对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
构造函数可以重载

我们来看一下构造函数：

class Date{public:// 1.无参构造函数Date(){}// 2.带参构造函数Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}private:int _year;int _month;int _day;};void TestDate(){Date d1; // 调用无参构造函数Date d2(2015, 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，否则就成了函数声明// 以下代码的函数：声明了d3函数，该函数无参，返回一个日期类型的对象// 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();}

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。

 class Date{public:/*// 如果用户显式定义了构造函数，编译器将不再生成Date(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(){// 将Date类中构造函数屏蔽后，代码可以通过编译，因为编译器生成了一个无参的默认构造函
数// 将Date类中构造函数放开，代码编译失败，因为一旦显式定义任何构造函数，编译器将不再
生成// 无参构造函数，放开后报错：error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可用Date d1;return 0;}

6.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？d对象调用了编译器生成的默

认构造函数，但是d对象_year/_month/_day，依旧是随机值。也就说在这里编译器生成的默认构造函数并没有什么用？？

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_t调用的它的默认成员函数

即默认构造函数只会对自定义类型进行初始化，不对内置类型进行初始化

默认生成构造函数：

1.内置类型不做处理

2.自定义类型的成员，会去调用它的默认构造(不用传参数的构造)

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

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无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。

注意：无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为是默认构造函数。

全缺省构造函数就可以对内置类型进行修改

我们先来看一下下面的代码：

下面的代码是否可以成功运行呢？

class Date
{
public:Date(){_year = 1900;_month = 1;_day = 1;}Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
void Test()
{Date d1;}

我们来看一下程序的运行结果：

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我们发现报错的原因是对重载函数的调用不明确，同时类Data中包含了多个默认构造函数，原因就是无参的构造函数和全缺省的构造函数都是默认构造函数，虽然我们的构造函数可以重载，但是我们的默认构造函数只能有一个，所以这里就会报错，改正的方法就是我们将无参的构造函数和全缺省的构造函数保留一个就好。一般建议保留全缺省的构造函数

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3.析构函数

3.1析构函数概念

我们说了构造函数不是真的构造，不是开辟空间创造对象，而是对对象进行初始化。

那么我们就懂了对象是怎么来的，但是对象又是怎么没得呢？

接下来就要说说我们的析构函数了

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。

3.2析构函数的特性

析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：

析构函数名是在类名前加上字符 ~。
无参数无返回值类型。
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
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++;}// 其他方法...~Stack(){if (_array){free(_array);_array = NULL;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};
void TestStack()
{Stack s;s.Push(1);s.Push(2);
}

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。
默认析构函数：
1.内置类型不处理
2.自定义类型的成员，会去调用它的默认析构(不用传参数的构造)

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

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，比如

Date类；有资源申请时，一定要写，否则会造成资源泄漏，比如Stack类。

4.拷贝构造函数

4.1拷贝构造函数概念

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。

内置类型编译器可以直接拷贝。

自定义类型拷贝就需要用到拷贝构造。

4.2拷贝构造函数特性

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 = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}// Date(const Date& d)   // 正确写法Date(Date d)   // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1;Date d2(d1);return 0;
}

比如：

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)//全缺省构造函数(默认构造函数){_year = year;_month = month;_day = day;}
private:int _year;int _month;int _day;}；int main(){Date d1;}

上述代码是正确的，但是我们来看看下面的代码：

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)//全缺省构造函数(默认构造函数){_year = year;_month = month;_day = day;}Date(Date d)   // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}private:int _year;int _month;int _day;}；int main(){Date d1;Date d2(d1);//这里会报错，会出现无穷递归的情况}

我们来看看下面的代码：

void Func1(Date d)
{}// 传引用传参
void Func2(Date& d)
{}void Func3(Date* d)
{}int main()
{Func1(d1);Func2(d1);Func3(&d1);return 0;
}

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我们知道内置类型可以直接拷贝，按字节拷贝就行，但是自定义类型为什么必须要拷贝构造呢？

原因如上图，我们stack是一个自定义类型，我们第一个类成员是_a，假如-a就是一个地址，指向一个空间，那么如果我们也将自定义类型按照字节直接拷贝过去就是将地址直接拷贝过去了，那么st1和st2的-a就是同一块空间，st1和st2出了作用域都会销毁，那么就会对另外一个造成错误。

我们再来解释一下为什么上述代码会造成无穷递归

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3.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;// 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Date d2(d1);return 0;
}

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。

自定义类型成员传值是需要调用拷贝构造的

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。那么下面的类呢？验证一下试试？

// 这里会发现下面的程序会崩溃掉？这里就需要我们以后讲的深拷贝去解决。
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);s1.Push(2);s1.Push(3);s1.Push(4);Stack s2(s1);return 0;
}

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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：
a.使用已存在对象创建新对象
b.函数参数类型为类类型对象
c.函数返回值类型为类类型对象

class Date
{
public:Date(int year, int minute, int day){cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;}Date(const Date& d){cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;}~Date(){cout << "~Date():" << this << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
Date Test(Date d)
{Date temp(d);return temp;
}
int main()
{Date d1(2022,1,13);Test(d1);return 0;
}

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为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用尽量使用引用。

什么时候该实现拷贝构造？

自己实现了析构函数释放空间时，要实现拷贝构造。

5.运算符重载

5.1运算符重载

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// 全局的operator==
class Date
{ 
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}    
//private://因为我们接下来的第一个operator是全局的，那么我们的成员变量就要是公有的才可以int _year;int _month;int _day;
};
// 这里会发现运算符重载成全局的就需要成员变量是公有的，那么问题来了，封装性如何保证？
// 这里其实可以用我们后面学习的友元解决，或者干脆重载成成员函数。
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{return d1._year == d2._year&& d1._month == d2._month&& d1._day == d2._day;
}
void Test ()
{Date d1(2018, 9, 26);Date d2(2018, 9, 27);cout<<(d1 == d2)<<endl;
}
class Date
{ 
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}// bool operator==(Date* this, const Date& d2)// 这里需要注意的是，左操作数是this，指向调用函数的对象bool operator==(const Date& d2){return _year == d2._year;&& _month == d2._month&& _day == d2._day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};

5.2赋值运算符重载

1. 赋值运算符重载格式

参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率

返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值

检测是否自己给自己赋值

返回*this ：要复合连续赋值的含义

class Date
{ 
public :Date(int year = 1900, 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;}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 ;
};

返回值返回引用有利于连续赋值：

//d3 = d1 = d2;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(2024, 2, 4);Date d2(2023, 3, 4);Date d3(2025, 3, 4);d1 = d1;d1=d2;   // d1.operator=(d2);d3 = d1 = d2; //传引用返回就可以做到连续赋值d1.Print();Date d5 = d1; // 拷贝构造Date d6(d1); // 拷贝构造 //m = i = j = k;return 0;
}

我们来分析一下拷贝构造和赋值重载的区别：

首先，拷贝构造是将一个已经实例化的对象传递给一个新对象，例如：

Date d1(2024,2,4);
Date d5=d1;//这个就是拷贝构造
Date d6(d1)；//这个也是拷贝构造

赋值重载是都已经实例化的对象之间进行的操作，例如：

	Date d1(2024, 2, 4);Date d2(2023, 3, 4);Date d3(2025, 3, 4);d1=d2;//赋值重载d1.operator=(d2);//赋值重载d3 = d1 = d2;//赋值重载

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(2023, 2, 4);Date d2(2023, 3, 4);cout << operator==(d1, d2) << endl;;cout << (d1 == d2) << endl; // 转换成去调用这个operator==(d1, d2);return 0;
}int main()
{Date d1(2023, 2, 4);Date d2(2023, 3, 4);cout << d1.operator==(d2) << endl;;cout << (d1 == d2) << endl; // 转换成去调用这个d1.operator==(d2);return 0;
}

2. 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}int _year;int _month;int _day;
};
// 赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数
Date& operator=(Date& left, const Date& right)
{if (&left != &right){left._year = right._year;left._month = right._month;left._day = right._day;}return left;
}
// 编译失败：
// error C2801: “operator =”必须是非静态成员

原因：赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。

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3.用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载

用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝**。注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值

class Time
{
public:Time(){_hour = 1;_minute = 1;_second = 1;}Time& operator=(const Time& t){if (this != &t){_hour = t._hour;_minute = t._minute;_second = t._second;}return *this;}
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 = d2;return 0;
}

我们来看看下面的代码有什么问题：

// 这里会发现下面的程序会崩溃掉？这里就需要我们以后讲的深拷贝去解决。
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);s1.Push(2);s1.Push(3);s1.Push(4);Stack s2;s2 = s1;return 0;
}

注意：如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以；一旦涉及到资源管理则必须要实现。

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5.3前置++和后置++重载

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}// 前置++：返回+1之后的结果// 注意：this指向的对象函数结束后不会销毁，故以引用方式返回提高效率Date& operator++(){_day += 1;return *this;}// 后置++：// 前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++形成能正确重载// C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递// 注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存一份，然后给this+1// 而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用Date operator++(int){Date temp(*this);_day += 1;return temp;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d;Date d1(2022, 1, 13);d = d1++;    // d: 2022,1,13   d1:2022,1,14d = ++d1;    // d: 2022,1,15   d1:2022,1,15return 0;
}

总结

本篇博客涉及类的6个默认成员函数的相关知识，重点介绍了构造函数，析构函数，拷贝构造，运算符重载这几个方面，在运算符重载中重点分析了赋值重载的一些特殊要求和使用场景，希望对大家有所帮助~

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1.类的6个默认成员函数

2.构造函数

2.1构造函数的概念

2.2构造函数特性

3.析构函数

3.1析构函数概念

3.2析构函数的特性

4.拷贝构造函数

4.1拷贝构造函数概念

4.2拷贝构造函数特性

5.运算符重载

5.1运算符重载

5.2赋值运算符重载

1. 赋值运算符重载格式

2. 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数

3.用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载

5.3前置++和后置++重载

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2.构造函数

2.1构造函数的概念

2.2构造函数特性

3.析构函数

3.1析构函数概念

3.2析构函数的特性

4.拷贝构造函数

4.1拷贝构造函数概念

4.2拷贝构造函数特性

5.运算符重载

5.1运算符重载

5.2赋值运算符重载

1. 赋值运算符重载格式

2. 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数

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