C++ 类和对象之六个默认成员函数-阿里云开发者社区

前言

我们知道，如果一个类中什么成员都没有就叫它空类。

但是空类中什么都没有吗？

难道不是吗？

并不是，任何类在什么都不写的时候，编译器会自动生成以下六个默认成员函数

什么是默认构造函数？

默认函数就是用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数。

class Date{};

1. 构造函数

1.1 构造函数的概念

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。

比如说：

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？

这里我们就可以利用到构造函数的特性了。

1.2 构造函数的特性

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。

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;
}

关于编译器生成的默认成员函数，很多童鞋会有疑惑：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。

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;
}

注意：C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，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()
    {
        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)(给默认值)
    int _year = 1970;
    int _month = 1;
    int _day = 1;
    // 自定义类型
    Time _t;
    };
int main()
{
    Date d;
    return 0;
}

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。

这里还要注意我们不写编译器默认生成的，它对内置类型不作初始化处理

我们看看下面代码

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;
};
void Test()
{
    Date d1;
}

这个测试函数能通过编译吗？

答案是不能

因为没有参数时调用它会产生二义性，编译器就不知道该调用哪个。

所以我们在使用构造函数的时候就要注意是否产生歧义了。

2. 析构函数

通过前面构造函数的学习，我们知道一个对象是怎么来的，那一个对象又是怎么没呢的？

这就要说到析构函数了。

2.1 析构函数的概念

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。

2.2 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++;
    }
    ~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。

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;
}

分析一下这段代码：

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。

当我们需要释放所申请的资源的时候，最后就可以在析构函数中将资源还回去。

3. 拷贝构造函数

3.1 拷贝构造函数的概念

拷贝构造函数：只有一个形参，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。

3.2 拷贝构造函数的特性

拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特性如下：

拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。

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(const 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;
}

具体是怎样调用的呢？

看下图

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

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。

如果有资源申请，此时使用默认的拷贝构造函数，他只会实现字节序的拷贝，会把我们申请的空间的地址一起拷贝过去，那么两个对象指向的就是同一块内存空间，在程序退出时，两个对象都要销毁，此时那块空间就要释放两次，从而导致程序崩溃。

拷贝构造函数典型调用场景：

使用已存在对象创建新对象

函数参数类型为类类型对象

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;
}

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。

4. 赋值运算符重载

4.1 运算符重载概念

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。

函数名字为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。

函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)

注意：

不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@

重载操作符必须有一个类类型参数

用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义

作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this

.* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。

// 全局的operator==
class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
     {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
     }  
//private:
    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讲的友元解决，或者干脆重载成成员函数。如下段代码
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;
};

4.2 赋值运算符重载

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 ;
};

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

正如《C++ prime》第五版–p500页中说到”我们可以重载赋值运算符。不论形参的类型是什么，赋值运算符都必须定义为成员函数。“

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)//检测是否赋值给自己，是自己就直接返回*this
        {
            _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;
}

既然编译器生成的默认赋值运算符重载函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己实现吗？当然像日期类这样的类是没必要的。但是一旦涉及到资源管理则必须要实现。这点与拷贝构造相同。

4.3 前置++和后置++的重载

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.

前置++ ,是先+1 ,后返回+1之后的结果那么就可以加一后直接返回this

Date& operator++()
{
    _day += 1;
    return *this;
}

后置++ ,是先使用后+1，,因此需要返回+1之前的值，所以需要在实现时先将this保存起来，然后再给this+1

Date operator++(int)
{
    Date temp(*this);
    _day += 1;
    return temp;
}

测试代码：

class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
    // 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;
    }
    //    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  d1:2022,1,14
    d = ++d1;   // d: 2022,1,15  d1:2022,1,15
    return 0;
}

5. const成员函数

将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数，const修饰类成员函数，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。

我们来看下面这段代码想一想几个问题

class Date
{
public:
    Date(int year, int month, int day)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
    void Print()
    {
        cout << "Print()" << endl;
        cout << "year:" << _year << endl;
        cout << "month:" << _month << endl;
        cout << "day:" << _day << endl << endl;
    }
    void Print() const
    {
        cout << "Print()const" << endl;
        cout << "year:" << _year << endl;
        cout << "month:" << _month << endl;
        cout << "day:" << _day << endl << endl;
    }
private:
    int _year; // 年
    int _month; // 月
    int _day; // 日
};
void Test()
{
    Date d1(2022,1,13);
    d1.Print();
    const Date d2(2022,1,13);
    d2.Print();
}

const对象可以调用非const成员函数吗？

非const对象可以调用const成员函数吗？

const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗？

非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗？

答案：

const对象只能调用const成员函数，不能调用非const成员函数。因为const对象是只读的，不能修改对象的状态，而非const成员函数可能会修改对象的状态。

非const对象既可以调用const成员函数，也可以调用非const成员函数。

const成员函数内不能调用非const成员函数，因为非const成员函数可能会修改对象的状态，而const成员函数保证不会修改对象的状态。

非const成员函数内可以调用const成员函数，因为const成员函数保证不会修改对象的状态，而非const成员函数可以修改对象的状态

6. 取地址及const 取地址操作符重载

这两个默认成员函数一般不用重新定义，编译器默认会生成

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

这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容！

比如说这样

例如，我们有一个类MyClass，其中包含一个私有成员变量value：

class  MyClass 
{  
public:  
MyClass(int v):value(v){}  
private:   
int value;  
};

我们想让别人能够获取到value的地址，但又不希望他们能够修改它。我们可以重载const取地址操作符&，返回一个指向value的const指针：

class  MyClass  {  
public:  
    MyClass(int v)  : value(v)  {}  
    const int  *operator&() const {  return  &value;  }  private:   
  int value;  
};

现在，别人可以使用&操作符获取到value的地址，但是得到的是一个指向const int的指针，不能通过该指针修改value的值：

MyClass obj(42);  
const int  *ptr =  &obj;  
std::cout <<  *ptr << std::endl;  // 输出42  
//*ptr =  43;  // 编译错误：无法分配到 const int

注意，重载const取地址操作符&只会影响const对象的行为。如果对象不是const的，仍然可以通过取地址操作符获取到它的地址，并通过指针修改对象的值。如果想要完全禁止修改对象的值，可以将成员变量声明为const：

class  MyClass  {  
public:  
    MyClass(int v)  : value(v)  {}  
    const int  *operator&() const {  return  &value;  }  private:  
  const int value;  
};

现在，无论对象是否是const的，都无法通过指针修改value的值了。

{
public:
MyClass(int v):value(v){}
private:
int value;
};

//我们想让别人能够获取到`value`的地址，但又不希望他们能够修改它。
//我们可以重载const取地址操作符`&`，返回一个指向`value`的const指针：
```c++
class  MyClass  {  
public:  
    MyClass(int v)  : value(v)  {}  
    const int  *operator&() const {  return  &value;  }  private:   
  int value;  
};

现在，别人可以使用&操作符获取到value的地址，但是得到的是一个指向const int的指针，不能通过该指针修改value的值：

MyClass obj(42);  
const int  *ptr =  &obj;  
std::cout <<  *ptr << std::endl;  // 输出42  
//*ptr =  43;  // 编译错误：无法分配到 const int

class  MyClass  {  
public:  
    MyClass(int v)  : value(v)  {}  
    const int  *operator&() const {  return  &value;  }  private:  
  const int value;  
};

现在，无论对象是否是const的，都无法通过指针修改value的值了。

respect !

下篇见！

C++ 类和对象之六个默认成员函数

1. 构造函数

1.1 构造函数的概念

1.2 构造函数的特性

2. 析构函数

2.1 析构函数的概念

2.2 析构函数的特性

3. 拷贝构造函数

3.1 拷贝构造函数的概念

3.2 拷贝构造函数的特性

4. 赋值运算符重载

4.1 运算符重载概念

4.2 赋值运算符重载

4.3 前置++和后置++的重载

5. const成员函数

6. 取地址及const 取地址操作符重载

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2. 析构函数

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3.2 拷贝构造函数的特性

4. 赋值运算符重载

4.1 运算符重载概念

4.2 赋值运算符重载

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5. const成员函数

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