【C++】类和对象②(类的默认成员函数:构造函数 | 析构函数)

简介: C++类的六大默认成员函数包括构造函数、析构函数、拷贝构造、赋值运算符、取地址重载及const取址。构造函数用于对象初始化,无返回值,名称与类名相同,可重载。若未定义,编译器提供默认无参构造。析构函数负责对象销毁,名字前加`~`,无参数无返回,自动调用以释放资源。一个类只有一个析构函数。两者确保对象生命周期中正确初始化和清理。


前言

进入到类和对象内容的第二节,上篇博客中介绍了类和对象的一些基本特性,接下来就要讲到类的六个默认成员函数。C++类的六个默认成员函数包括:构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符重载、取地址重载和const取地址重载。这些函数在特定情况下会被编译器自动生成,但你也可以根据需要自定义它们。

类的6个默认成员函数
在一个类中,如果你什么都不往里写,那么就可以称这个类为空类。实际上,在你什么都不往空类里写时,编译器会自动生成以下6个默认成员函数。

// 这是一个空类
class Date {};

构造函数
概念
接下来举个例子引入构造函数。如果你写了一个存储日期的类(Date),在使用Date定义的对象之前,都需要像C语言一样调用一遍初始化。

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;
}

你看,使用对象d1和d2之前都需要调用一遍Init函数来给对象设置日期,但如果每次创建对象时都调用该方法,未免有些麻烦,是否存在某种方式,在创建对象时,就将信息设置进去呢?答案是有的,解决方式就是今天的构造函数。

构造函数的特性及用法

  1. 函数名和类名相同。

  2. 无返回值(不是void,而是根本就不用写其返回值)。

  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(){}
// 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
}

Date d3();

如果你写下这样一行代码来创建对象,就大错特错了。这句话会被编译器解读成一种函数声明(其细节是:声明了d3函数,该函数无参,返回一个日期类型的对象),无法达到创建对象的目的。

  1. 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:

其中定义了传参的构造函数,无参的默认构造将被覆盖,也就是说,此时定义变量不传参会编译失败,报错:error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可用。

  1. C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。对于内置类型,C++默认生成的构造函数对内置类型不做处理(所以未定义自定义类型中的数据为随机值),对自定义类型的成员,会去调用它的默认构造(不用传参数的构造)。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。

就比如上面的代码,Date类中默认生成的构造函数调用了自定义类型 _t 的无参构造函数。

上面代码给了内置类型缺省值,在生成d对象之后,内置类型也就成功被缺省值赋值了。

  1. 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。

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;
}

根据第七点,我们知道Test函数是不能通过编译的,在类中定义了两个默认构造(不传参就可以调用的构造函数),编译器无法确认应该调用哪一个,模棱两可的代码是编程的大忌。

析构函数
概念
通过了前面构造函数的学习,我们认识了可以在创建对象时帮助初始化的函数,那相应的,是否就应该有对对象进行自动销毁和清理的函数呢?答案是有的。

析构函数的特性及用法

  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。若未显示定义,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);
}

上份代码可以把重点放在构造函数和析构函数上。在构造函数Stack中,使用malloc在堆上开辟了一块空间,使用内置类型 _capacity 和 _size 来维护整个栈;最后定义了析构函数~stack,在此函数中,我们在函数内部实现了堆中占用内存的释放。

什么?你告诉我你不知道什么是栈?推荐你看看这篇博客:初阶数据结构之---栈和队列(C语言)

如果不自己实现析构函数,编译器会将_array当作内置类型,在自动生成的析构函数中不会释放堆中占用的空间,导致内存泄露。

  1. 关于编译器自动生成的析构函数,和构造函数很类似:编译器生成的默认析构函数,对内置类型成员不做处理;对于自定义类型的成员,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;
}

你会发现,在main方法中根本就没有直接创建Time类的对象,但是最后还是调用了Time类的析构函数。是因为在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没有显示提供,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,能保证内部每个定义的对象都可以正确销毁。

  1. 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,否则会造成内存泄露,如Stack类。

结语
本篇博客将重点放在了类和对象六个默认成员函数的前两个:构造函数和析构函数上。这两个默认成员函数在对象的生命周期中起着至关重要的作用。构造函数确保对象在创建时能够正确初始化,而析构函数则确保对象在销毁时能够正确清理资源,从而保持程序的稳定性和安全性。在下一篇博客中,我会介绍拷贝构造函数、赋值运算符重载、取地址重载和const取地址重载(另外四大默认成员函数)的内容,敬请期待。

本篇博客到此结束,感谢大家的支持!♥

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