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类和对象：构造函数，析构函数与拷贝构造函数

2023-11-27 59
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简介： 类和对象：构造函数，析构函数与拷贝构造函数

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
{};

类一共有6个默认成员函数，本篇文章先来介绍前三个函数，构造函数，析构函数，与拷贝构造函数。

2.构造函数

2.1 概念

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？

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()
    {}
    // 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();
}
  1. 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
  2. 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，大家可能会有疑惑：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，内置类型不做处理

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)
    int _year = 1970;
    int _month = 1;
    int _day = 1;
    // 自定义类型
    Time _t;
};
int main()
{
    Date d;
    return 0;
}
  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。
    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    。

 

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(int capacity = 4)
  {
    _data = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
    if (_data == nullptr)
    {
      perror("malloc fail");
      return;
    }
    _top = 0;
    _capacity = capacity;
  }
  void Push(DataType data )
  {
    //CheckCapacity();
    _data[_top] = data;
    _top++;
  }
    //析构函数
  ~Stack()
  {
    free(_data);
    _data = nullptr;
    _top = _capacity = 0;
  }
private:
  DataType* _data;
  int _top;
  int _capacity;
};
int main()
{
  Stack s;
  s.Push(1);
  s.Push(1);
  s.Push(1);
  return 0;
}
  1. 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，内置类型不做处理。
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;
}
  1. 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) // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归
    Date(const Date& d) // 正确写法
    {
        _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;
}
  1. 拷贝构造函数的参数必须是引用，因为使用传值方式调用拷贝构造函数，传值过程中也是拷贝，也会调用拷贝构造函数，然后调用还需要传参，还会调用拷贝构造函数，会发生死循环。
  2. 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;
}
  1. 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
  2. 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？
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
  Stack(int capacity = 4)
  {
    cout << "Stack(int capacity = 4)" << endl;
    _data = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
    if (_data == nullptr)
    {
      perror("malloc fail");
      return;
    }
    _top = 0;
    _capacity = capacity;
  }
  void Push(DataType data)
  {
    //CheckCapacity();
    _data[_top] = data;
    _top++;
  }
  ~Stack()
  {
    free(_data);
    _data = nullptr;
    _top = _capacity = 0;
  }
private:
  DataType* _data;
  int _top;
  int _capacity;
};
int main()
{
    Stack s1;
    s1.Push(1);
    s1.Push(2);
    s1.Push(3);
    Stack s2(s1);
    return 0;
}

这里Stack会在堆区开辟了空间，如果还是使用编译器提供的默认拷贝构造函数，在定义s2时，Stack中的_data也会只是简单的拷贝，s1与s2的_data指向的是同一块空间，当程序运行完会依次销毁s2,s1，调用析构函数，在s2调用析构函数时，s2的_data已经被释放，s1的_data也会被释放，s1调用析构函数时，会再次释放_data，程序就会崩溃。

所以我们要自己实现拷贝构造函数，进行深拷贝。

  Stack(const Stack& stack)//权限缩小 引用做参数如果不是做输出型参数，一般都加const
  {
    cout << "Stack(Stack & stack)" << endl;
    _top = stack._top;
    _capacity = stack._capacity;
    _data = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * _capacity);
    memcpy(_data, stack._data, sizeof(DataType) * stack._top);
  }

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。

  1. 拷贝构造函数典型调用场景：

1. 使用已存在对象创建新对象

2. 函数参数类型为类类型对象

3. 函数返回值类型为类类型对象

  1. 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

本篇结束！

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