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【C++类和对象中：解锁面向对象编程的奇妙世界】（一）

2024-01-23 89
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简介： 【C++类和对象中：解锁面向对象编程的奇妙世界】

【本节目标】

  • 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
  • 5. 赋值运算符重载
  • 6. const成员函数
  • 7. 取地址及const取地址操作符重载


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 {};


2. 构造函数

2.1 概念


对于以下Date类：

#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:
  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 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。
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.重载写法：但是和上面的无参调用存在歧义，不能和1写法同时存在
    Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
    {
        _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();
}


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. 关于编译器生成的默认成员函数，很多会有疑惑：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0.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)
    // C++11支持，但是此时仍然是声明，此时没有对象
    // 声明时给了缺省值
  int _year = 1970;
  int _month = 1;
  int _day = 1;
  // 自定义类型
  Time _t;
};
int main()
{
  Date d;
  return 0;
}



总结：默认生成的构造函数，会处理自定义类型去调用其他的默认构造，而不处理内置类型。


注：Data* p也是内置类型。


7. 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。可以不传参数就调用构造，都可叫默认构造。这三个函数只能存在一个，否则产生歧义。

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;//此时无参，重载与无参出现歧义
}


编译不通过：


总结：

  • 1.一般情况下，尽量自己写构造函数。
  • 2.成员内部都是自定义类型，或者声明给了缺省值，此时可以让编译器自己生成构造函数。
  • 3.内置类型都当作未处理，都是随机值。


3.析构函数

3.1 概念


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？


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 特性


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++;
  }
  // 其他方法...
  //相当于destroy函数
  ~Stack()
  {
    if (_array)
    {
      free(_array);
      _array = nullptr;
      _capacity = 0;
      _size = 0;
    }
  }
private:
  DataType* _array;
  int _capacity;
  int _size;
};
void TestStack()
{
  Stack s;
  s.Push(1);
  s.Push(2);
}


5. 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
{
  //默认生成的析构函数，行为和构造类型
  //内置类型成员不做处理
  //自定义类型成员会去调用它的析构
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;
}



6. 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 概念


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。


那在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢？


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。


4.2 特征


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。
#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
    void Print()
    {
        cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日";
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};
// 浅拷贝
// 这里可以想象结构体传参，d1传d，传值拷贝
// 这里参数可以写出指针或者引用
void func(Date d)
{
    d.Print();
}
int main()
{
    Date d1;
    func(d1);
    return 0;
}


运行结果：


上面的日期类传值拷贝没有问题，那能说明我们上面的特征结论时错误的嘛？我们来看一下栈类的情况。

#include <iostream>
using namespace std;
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
  Stack(int 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 Print()
  {
    //...
  }
  ~Stack()
  {
    if (_array)
    {
      free(_array);
      _array = nullptr;
      _capacity = 0;
      _size = 0;
    }
  }
private:
  DataType* _array;
  int _capacity;
  int _size;
};
//栈这里也传值拷贝，可以吗？？？
void  func(Stack st)
{
  st.Print();
}
int main()
{
  Stack st1;
  func(st1);
  return 0;
}


这里我们就崩溃了，为什么？？？


这是因为栈类除了单纯存储了普通数据_top和_capacity，还存储了一个指针_array，而C++有析构函数，传值拷贝后，指针就都指向了同一块空间，当st出了作用域，st对象就会调用析构函数去释放指针所指向的空间，然后st1又会再一次调用一次析构函数，此时就是对空指针进行释放，所以程序就报错了，所以C++传值拷贝是有风险的。而上面的日期类仅仅存储普通数据，所以上面的Date类没有问题，所以浅拷贝/值拷贝是有问题的，解决Stack类需要用到我们的深拷贝。


规定：自定义类型的对象拷贝的时候，调用一个函数，这个函数就叫做拷贝构造。


我们首先来看一下为什么拷贝构造函数参数必须类类型对象的引用，而不能是传值。


调用这个函数的时候，d1作为参数先要传参，d1去调用了拷贝构造函数dd，此时dd作为参数又要传参，dd又要去调用拷贝函数构造......只要传入的参数是对象，参数本身就会自动调用拷贝构造函数。这样就是一个无穷递归。


调用拷贝 -> 先传参(传值传参) -> 形成新的拷贝构造函数 -> ......


所以这里我们就需要传引用/传地址解决。

#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
    Date(Date& dd)
    {
        //这里依然是浅拷贝
        _year = dd._year;
        _month = dd._month;
        _day = dd._day;
    }
    void Print()
    {
        cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日";
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};
// 浅拷贝
// 这里可以想象结构体传参，d1传d，传值拷贝
// 这里参数可以写出指针或者引用
void func(Date d)
{
    d.Print();
}
int main()
{
    Date d1;
    func(d1);
    cout << "\n";
    Date d2(d1);
    func(d2);
    return 0;
}


C++规定：自定义类型对象传参拷贝时，必须调用拷贝构造。


【C++类和对象中：解锁面向对象编程的奇妙世界】（二）：https://developer.aliyun.com/article/1425458

文章标签：
编译器
C++
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关键词：
C++类
C++对象
C++类对象
C++面向对象编程
C++类和对象
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