C++类和对象(二)(1)

简介: C++类和对象(二)1.六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。六个默认成员函数:构造函数(初始化工作)、析构函数(清理工作)、拷贝构造(使用同类对象初始化创建对象)、赋值重载(把一个对象赋值给另外一个对象)、取地址重载(普通对象和const对象取地址)

C++类和对象(二)

1.六个默认成员函数

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。是,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。

六个默认成员函数:构造函数(初始化工作)、析构函数(清理工作)、拷贝构造(使用同类对象初始化创建对象)、赋值重载(把一个对象赋值给另外一个对象)、取地址重载(普通对象和const对象取地址)

2. 构造函数

2.1 背景

在我们写程序的时候,一般都是使用结构体来布局框架,一般使用结构体来布局的话就是malloc出来的空间,放在堆区,不易丢失数据,这样也少不了初始化这个操作,但是在实现过程中,我们很容易忘记调用初始化,这里C++就给了一个构造函数来解决忘记调用初始化的这个问题,也就是构造函数编译器会自动调用。

//实现一个栈
struct stack
{
  int* _a;
  int top;
  int capacity;
};
void Init(stack* s) {
  int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
  if (tmp == nullptr) {
    exit(-1);
  }
  s->_a = tmp;
  s->top = 0;
  s->capacity = 4;
}
int main()
{
  stack s;
  Init(&s); //需要手动调用Init函数(很有可能忘记)
  return 0;
}

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

特性

  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

基本语法

class Date
{
public:
    Date() { //无参构造函数 (支持重载,参数不同即可重载)(自动完成初始化)
  }
  Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0) { //带参构造函数 (自动完成初始化)
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
private:
  int _year = 0; //内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值
  int _month = 0;
  int _day = 0;
};
void Test(){
    Date d1; //可调用无参构造函数也可调用有参构造函数
    Date d2(2023,2,4); //调用带参构造函数
    Date d3(); //err(编译器认为是函数声明,编译器报错:未调用原型函数)
}

注意

  1. 内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值
  2. 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


3. 析构函数

3.1 背景

上述构造函数背景中提到了用malloc去初始化,那么malloc需要手动释放空间,还给操作系统做管理,那么这里就需要销毁,但是我们写程序的时候很容易忘记释放空间,导致内存泄漏,这里析构函数就很容易解决这个问题。

//实现栈
struct stack
{
  int* _a;
  int _top;
  int _capacity;
};
void Destroy(stack* s) {
  if (s->_a != nullptr) {
    free(s->_a);
    s->_a = NULL;
    s->_top = s->_capacity = 0;
  }
}
int main()
{
  stack s;
  Destroy(&s); //需要手动调用Destroy函数(很有可能忘记)
  return 0;
}

3.2 特性

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。而对象销毁时会自动调用析构函数,完成对象中资源的清理工作

特性

  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

基本语法

class Stack
{
public:
  Stack(int size = 4) { 
    int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * size);
    if (tmp == nullptr) {
      exit(-1);
    }
    _a = tmp;
    _top = -1;
    _capacity = size;
  }
  void Push(int x) {
    _a[++_top] = x;
  }
  ~Stack() { //析构函数
    if (_a != nullptr) {
      free(_a);
      _a = nullptr;
      _top = -1;
      _capacity = 0;
    }
  }
private:
  int* _a;
  int _top;
  int _capacity;
};
int main()
{
  Stack d1(8);
  d1.Push(1);
  d1.Push(2);
  d1.Push(3);
  return 0; //程序结束时,自动调用析构函数
}

类自动生成默认成员函数解释

如果没有自己写默认构造函数,编译器会自动生成默认构造函数吗?会。补充:如果我们不写,编译器也会自动生成对应的默认成员函数,只是我们看到会给数据生成随机值而已,但是确实已经自动调用了默认成员函数,但是只要我们实现了,编译器就不会自动生成,而是用我们实现的对应的默认成员函数


上面图片中默认生成的成员函数使得变量随机值,解释:C++把类型分成内置类型(比如:int/char/double/任意指针类型等等)和自定义类型(struct/class/enum/union等),

函数或者析构函数都是内置类型成员不做处理(也就是随机值),对自定义类型的成员会去调用它的默认构造函数或者析构函数

4. 拷贝构造函数

4.1 背景

假设,我创建了一个对象,然后进行构造并且赋值,此时我想有一个同样的对象,这里又要完成构造并赋值的操作会很麻烦,然后我们想直接拷贝,这里就用到了拷贝构造函数

4.2 特性

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,该形参是对本类的类型对象的引用(一般常用const修饰),在用已存在的类的类型对象创建新对象时由编译器自动调用

特性

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

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

拷贝构造函数典型调用场景:

函数传值传参中或者函数传值返回中,有自定义类型就需要拷贝构造

基本语法

class Date
{
public:
  Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0) {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  //拷贝构造函数
  //构造函数的重载形式
  Date(const Date& d) { 
    _year = d._year;
    _month = d._year;
    _day = d._day;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
int main()
{
  Date d1(2023, 2, 4);
  Date d2(d1); //d2变成d1的拷贝
    //另一种写法:Date d2 = d1;(拷贝构造函数)
  return 0;
}

**问题:拷贝构造函数中的形参可以不使用引用吗?**不行。

原因:

  1. 先了解传值和传引用
//传值传参(拷贝)
void fun1(int x1) {
}
//传引用传参(别名,共用一块空间)
void fun2(int& x2) {
}

传值传参会在此函数栈帧中开辟形参空间,实参数据给到形参;传引用就相当于传地址。传值传参中,内置类型通常空间很小,可以用寄存器来进行拷贝操作,也就是先把实参的数据一个字节一个字节先拷贝到寄存器中,然后寄存器再一个字节一个字节拷贝到形参空间中,这种叫做浅拷贝,编译器也只能完成这种傻瓜式操作,但是自定义类型就不行,假设是下面场景:

传值传参中,内置类型:编译器会浅拷贝;自定义类型:不能解决上述两个问题,就需要调用拷贝构造

自定义类型传值传参中,传参会调用拷贝构造,现象

为什么拷贝构造函数中形参必须使用引用?

自定义类型传值传参中,传参会调用拷贝构造;那么当我们使用自定义类型传参,就会自动调用拷贝构造函数,此时我们的形参如果是Date d,那么这个形参是自定义类型就又需要调用拷贝构造函数,如从导致是个无穷递归调用


画图理解传值传参中,自定义类型调用拷贝构造

Date(const Date& d):这里d就是d1,传参就不需要拷贝构造,d和d1共用的同一块空间


**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。**像上面的Stack类中int *a成员变量就需要malloc出空间。


  1. 拷贝构造函数只有单个形参,对本类的类型对象的引用(一般常用const修饰),在用已存在的类的类型对象创建新对象时由编译器自动调用。这里的单个形参中是引用那么可以用指针?是可以的,但是不方遍使用,也不叫作拷贝构造函数,因为拷贝构造函数是定义定死的。


4.3 使用场景

问题:怎么获取这个日期后的x天的日期?

class Date
{
public:
  Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0) { //构造函数初始化
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  Date(const Date& d) { //拷贝构造函数,使用存在对象初始化另外一个对象
    _year = d._year;
    _month = d._month;
    _day = d._day;
  }
  int getMonthDay(int year, int month) {
    assert(month > 0 && month < 13);
    int monthArr[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
    if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0))) {
      return 29;
    }
    else {
      return monthArr[month];
    }
  }
    //写法一:
  //获取x天后的日期
  //Date& getAfterDay(int x)  {
  //  _day += x;
  //  while (_day > getMonthDay(_year, _month)){
  //    _day -= getMonthDay(_year, _month);
  //    ++_month;
  //    if (_month == 13) {
  //      _year++;
  //      _month = 1;
  //    }
  //  }
  //  return *this;
  //}
    //写法二:
  Date getAfterDay(int x) {
    Date tmp(*this);
    tmp._day += x;
    while (tmp._day > getMonthDay(tmp._year, tmp._month)) {
      tmp._day -= getMonthDay(tmp._year, tmp._month);
      ++tmp._month;
      if (tmp._month == 13) {
        tmp._year++;
        tmp._month = 1;
      }
    }
    return tmp;
  }
  void print(){
    cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
int main()
{
  Date d1(2023, 2, 3);
  Date d2 = d1.getAfterDay(1000);
  d1.print(); 
  d2.print();
  return 0;
}

上述程序中getAfterDay函数有两个写法,对比:

这里Date getAfterDay(int x)函数中,return tmp是返回的是tmp的拷贝,因为tmp是自定义类型的,所以需要调用拷贝构造,visual studio 2022这里做的处理是浅拷贝,直接放进rax寄存器中,visual studio 2013是调用的拷贝构造函数。这个也和编译器相关。

默认生成拷贝构造函数和赋值运算符重载总结

  1. 对于内置类型完成浅拷贝或者值拷贝,按一个字节一个字节的拷贝
  2. 对于自定义类型,调用拷贝构造或者赋值运算符重载

































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