【C++入门到精通】C++入门 —— 类和对象(拷贝构造函数、赋值运算符重载、const成员函数)

简介: 这一篇文章是上一篇的续集(这里有上篇链接)前面我们讲了C语言的基础知识,也了解了一些数据结构,并且讲了有关C++的命名空间的一些知识点以及关于C++的缺省参数、函数重载,引用 和 内联函数。也相信大家都掌握的不错,接下来博主将会带领大家继续学习有关C++比较重要的知识点——类和对象(拷贝构造函数、赋值运算符重载、const成员、取地址及const取地址操作符重载)。

image.gif编辑


一、前言

二、拷贝构造函数

⭕拷贝构造函数概念

⭕拷贝构造函数的特点

⭕拷贝构造函数的几种类型

三、赋值运算符重载

⭕运算符重载概念

⭕赋值运算符重载

⭕前置++和后置++重载

四、const成员函数

⭕const成员函数概念

⭕常量成员函数需要满足的特点

⭕常量成员函数有利条件

⭕const常量的几个常见问题

五、取地址(&)及(const &)操作符重载

六、总结


一、前言

        这一篇文章是上一篇的续集(这里有上篇链接)前面我们讲了C语言的基础知识,也了解了一些数据结构,并且讲了有关C++的命名空间的一些知识点以及关于C++的缺省参数、函数重载,引用 和 内联函数。也相信大家都掌握的不错,接下来博主将会带领大家继续学习有关C++比较重要的知识点——类和对象(拷贝构造函数、赋值运算符重载、const成员、取地址及const取地址操作符重载)。下面话不多说坐稳扶好咱们要开车了。

image.gif编辑

二、拷贝构造函数

拷贝构造函数概念

       拷贝构造函数是C++中的一个特殊成员函数,用于创建对象的副本。它的作用是通过使用已有对象的属性值来初始化新对象,实现对象的复制操作。通过定义拷贝构造函数,我们可以控制对象的拷贝过程,并确保正确处理含有指针或动态分配内存的类。

拷贝构造函数的定义形式如下:

类名(const 类名& 对象名)
{
    // 构造函数的主体部分
    // 将对象的属性值拷贝到新对象
}

image.gif

⭕拷贝构造函数的特点

       拷贝构造函数在C++中具有自动调用、形参类型为const引用、逐一复制对象成员、隐式调用与显式调用、需要自定义情况等特点下面我会按顺序逐一分析:

       1. 自动调用:拷贝构造函数会在特定场景下自动调用,例如对象的初始化、对象作为参数传递给函数、函数返回对象等情况。无需显式调用,编译器会根据需要自动选择合适的拷贝构造函数进行调用。

       2. 形参类型为const引用:拷贝构造函数的参数类型通常是一个常引用(const引用),即“ const类名& 对象名 ”。这是为了避免修改原对象的属性值,保证在拷贝过程中原对象不会被修改

       3. 对象的成员逐一复制:拷贝构造函数会将原对象的属性值通过复制或拷贝的方式赋值给新对象的相应属性。对于基本数据类型的成员变量,会直接进行值的复制;对于对象类型的成员变量,会调用该对象的拷贝构造函数进行复制。

       4. 隐式调用与显式调用:在大多数情况下,拷贝构造函数会由编译器隐式调用,无需手动编写代码。然而,在某些特殊情况下,需要显式地调用拷贝构造函数,例如通过拷贝构造函数初始化新对象、创建对象数组、创建对象的副本等。

       5. 需要自定义情况当类中存在指针成员、动态分配的内存或资源时,通常需要自己定义拷贝构造函数。这是因为默认的拷贝构造函数只进行浅拷贝,即简单地复制指针成员的值,而不会复制指针所指向的内存。因此,需要手动编写拷贝构造函数来进行深拷贝,确保新对象和原对象具有独立的内存空间

       6. 只针对同类对象拷贝构造函数只能用于同类对象之间的拷贝,无法用于不同类之间的对象拷贝。如果需要实现类之间的对象拷贝,可以使用转换构造函数或赋值运算符重载等方式。

       掌握拷贝构造函数的特点有助于正确地实现对象的复制操作,并解决潜在的问题。

⭕拷贝构造函数的几种类型

       C++中常见的拷贝构造函数的几种类型包括:默认拷贝构造函数自定义浅拷贝拷贝构造函数以及自定义深拷贝拷贝构造函数

       1. 默认拷贝构造函数:如果没有显式定义拷贝构造函数,编译器会自动生成默认的拷贝构造函数。默认拷贝构造函数执行的是逐一复制成员的操作,即将原对象的每个成员属性的值赋值给新对象的对应成员属性。然而,如果类中存在指针成员、动态分配的内存或资源,该默认拷贝构造函数通常不能满足需求,可能会导致浅拷贝问题。

       2. 自定义浅拷贝拷贝构造函数:自定义浅拷贝拷贝构造函数会简单地复制原对象的成员属性的值给新对象的对应成员属性。这种拷贝构造函数适用于对象中没有指针、动态分配的内存或资源的情况,因为它不会进行深拷贝。(更多的介绍在这里

       3. 自定义深拷贝拷贝构造函数:在类中存在指针成员、动态分配的内存或资源时,需要自定义拷贝构造函数来进行深拷贝。自定义深拷贝拷贝构造函数会为新对象的指针成员分配独立的内存,并将原对象的指针指向的内容复制到新对象中,确保对象的独立性和数据完整性。(更多的介绍在这里

下面这段代码,展示了一个具有指针成员的类的自定义深拷贝拷贝构造函数:

class MyClass {
private:
    int* data;
public:
    // 自定义深拷贝拷贝构造函数
    MyClass(const MyClass& other) {
        data = new int;
        *data = *(other.data);
    }
    // ...
};

image.gif

       在上面的代码中,自定义的拷贝构造函数通过new操作符为新对象的指针成员分配独立的内存,并将原对象的指针指向的值复制到了新对象中,实现了深拷贝。

       需要根据类的具体情况来选择是否需要自定义拷贝构造函数,并根据类中是否存在指针、动态分配的内存或资源来决定是否需要进行深拷贝。

       总的来说,根据类中成员的特点和需求,选择合适的拷贝构造函数类型,确保对象的复制操作正确、高效地执行。拷贝构造函数在C++中有诸多优点,它们使得对象的复制、传递和返回更加方便和安全。通过合理定义和使用拷贝构造函数,可以提高代码的可维护性和可读性,避免资源冲突和问题的发生,并使得程序的设计更加灵活和优雅。

三、赋值运算符重载

运算符重载概念

       在C++中,运算符重载(Operator Overloading)是一种特性,允许程序员重新定义或重新定义运算符的操作行为。运算符重载允许我们使用相同的运算符来执行不同类型的操作,使得代码更加简洁、直观和易于理解。

       通过运算符重载,我们可以为用户自定义的类、枚举类型以及内置的数据类型(如整数、浮点数等)定义运算符的行为。这就意味着我们可以使用常规运算符(如"+", "-", "*", "/"等)来操作自定义类型的对象,以及在自定义类型之间实现特定的运算。

🚨注意:.*   ::   sizeof   ?:   .    以上5个运算符不能重载。

       运算符重载使用特定的函数来实现。通过重载运算符的函数,我们可以指定运算符在自定义类型上的操作方式。运算符重载函数是成员函数或非成员函数,其命名形式为"operator op",其中"op"表示要重载的运算符。

       类型转换运算符:重载类型转换运算符允许我们将一个类类型转换为另一个类型。通过定义转换运算符函数,我们可以自定义对象之间的类型转换行为,使得对象的使用更加灵活。重载类型转换运算符使用关键字 "operator type()",其中 " type " 表示要转换的目标类型。

       运算符重载应该根据常理、一致性、可读性和符合预期的原则进行操作,避免过度使用和滥用运算符重载,以免导致代码可读性差、难以理解和不符合预期的行为。

       运算符重载是C++中的一项重要特性,它允许重新定义运算符的操作行为,使得对用户自定义类型和内置类型的对象可以使用相同的运算符来进行操作。通过重载运算符的函数,我们可以定制对象的运算符行为,使代码更加简洁、直观和易于理解。

赋值运算符重载

       在C++中,赋值运算符(=)是用于将一个对象的值赋给另一个对象的运算符。通过重载赋值运算符,我们可以自定义对象之间的赋值操作行为,使得在赋值时能够正确进行成员属性的拷贝,而不仅仅是简单的指针复制或浅拷贝。

赋值运算符的重载函数一般采用类似于以下形式的函数签名:

class MyClass {
public:
    // 赋值运算符重载函数
    MyClass& operator=(const MyClass& other) {
        // 在这里进行对象的赋值操作
        // 包括成员变量的拷贝或释放资源等
        // 并返回新的对象引用
        return *this;
    }
    // ...
};

image.gif

在赋值运算符重载函数中,我们需要注意以下几点:

🔴函数的返回类型通常为一个引用类型 MyClass&,返回新的对象引用。这是为了支持赋值链的操作,例如 a = b = c

🔴函数的形参类型是一个常引用 const MyClass& ,表示传入的参数是一个常量对象的引用。这是为了确保原对象在赋值过程中不会被修改。

🔴在重载赋值运算符的函数体内,我们需要完成对象的赋值操作。这通常包括逐个成员的赋值或拷贝,并处理动态分配的内存等资源。

下面这段代码,展示了一个类中赋值运算符的重载:

class MyString {
private:
    char* data;
public:
    // 赋值运算符重载函数
    MyString& operator=(const MyString& other) {
        // 避免自我赋值
        if (this == &other)
            return *this;
        // 释放当前的资源
        delete[] data;
        // 深拷贝数据
        data = new char[strlen(other.data) + 1];
        strcpy(data, other.data);
        return *this;
    }
    // ...
};

image.gif

       在上面的代码中,重载了赋值运算符的函数,避免了自我赋值的情况。首先释放当前对象的资源,然后进行深拷贝,确保新对象与原对象的数据是独立的。这样,通过赋值运算符重载,我们可以使用赋值操作对类对象进行正确的拷贝和赋值。

       🚨注意:除非有特殊需求,否则不应当滥用赋值运算符重载。C++提供的默认赋值运算符对大多数的类和数据类型都能够正常工作,只有在存在资源管理和深拷贝等特殊情况下才需要自定义赋值运算符重载。

       通过重载赋值运算符,我们可以自定义对象之间的赋值操作行为。通过正确实现赋值运算符重载函数,可以确保对象属性的正确拷贝和处理,使得赋值操作在自定义类中更加符合预期和安全。

⭕前置++和后置++重载

        前置递增运算符和后置递增运算符的重载函数名称的区别在于后置递增运算符的参数列表中有一个额外的int参数(但实际上并不使用该参数),通过重载前置递增运算符和后置递增运算符,我们可以在自定义类中实现递增操作,使得对象可以像内置的数据类型一样使用递增运算符。

1. 前置递增运算符重载(++x):

       前置递增运算符可以通过重载函数 operator++()来实现。该重载函数没有参数,返回类型为引用类型,通常是类本身的引用。它负责将对象的值增加1,并返回递增后的对象的引用。

class MyClass {
public:
    // 前置递增运算符重载
    MyClass& operator++() {
        // 在这里完成对象值的递增操作
        // 并返回递增后的对象的引用
        // 注意:这里可以是任何递增逻辑
        return *this;
    }
    // ...
};

image.gif

       函数体内的递增逻辑可以根据类的需求和语义进行自定义,例如递增成员变量的值、修改对象属性等。

2. 后置递增运算符重载(x++):

       后置递增运算符可以通过重载函数 operator++(int) 来实现。该重载函数的参数为 int 类型,但实际上在调用时并不传递任何实参,只是用于与前置递增运算符做区分。返回类型为类本身,通常是一个临时对象的拷贝。

class MyClass {
public:
    // 后置递增运算符重载
    MyClass operator++(int) {
        // 在这里完成对象值的递增操作
        // 创建一个临时对象来保存递增前的值
        // 并返回递增前的临时对象
        // 注意:这里可以是任何递增逻辑
        MyClass temp = *this;
        // 对象值的递增操作
        // ...
        return temp;
    }
    // ...
};

image.gif

       后置递增运算符重载返回一个临时对象的拷贝,通常是递增前的对象值。递增操作可以根据需要进行自定义。

四、const成员函数

⭕const成员函数概念

       在C++中,如果类的成员函数不会修改对象的状态,可以将其声明为 const 成员函数,以表示该函数不会对调用对象进行修改操作。使用 const 关键字来声明成员函数为常量函数,可以在函数声明和函数定义的地方使用。

⭕常量成员函数需要满足的特点

🔴 不修改成员变量:常量成员函数不能修改类的任何非静态成员变量,包括普通成员变量和mutable修饰的成员变量。

🔴 不调用非常量函数:常量成员函数不能直接调用非常量成员函数,除非该非常量成员函数也被声明为常量。

🔴 仅调用其他常量成员函数:常量成员函数可以调用其他常量成员函数。

声明常量成员函数的语法如下:

class MyClass {
public:
    // 声明常量成员函数
    void myFunction() const;
};

image.gif

定义常量成员函数的语法如下:

void MyClass::myFunction() const {
    // 函数体
    // 不能修改成员变量和调用非常量函数
}

image.gif

       🚨常量成员函数对于类的使用非常有用,它们可以用于访问和操作对象的成员变量,同时也保证了对象在调用常量成员函数时不会被修改,增加了代码的可读性和安全性。

⭕常量成员函数有利条件

1. 在常对象上调用:常量成员函数可以直接在常对象上调用,因为常对象的成员变量是只读的。

2. const对象:常量成员函数是在 const 对象上调用的合法函数。

例如:

const MyClass obj;
obj.myFunction();  // 合法调用常量成员函数

image.gif

       注意:常量成员函数并不限于只能在常对象上调用,非常对象同样可以调用常量成员函数。

       常量成员函数允许在类中声明和定义不会修改对象状态的函数。通过将成员函数声明为 const,可以提高代码的可读性和安全性,并允许在常对象上调用这些函数。常量成员函数不能修改成员变量,也不能调用非常量成员函数,但可以调用其他的常量成员函数。

⭕const常量的几个常见问题

1. const对象可以调用非const成员函数吗?

       答:不可以,const对象只能调用其对应的常量成员函数,因为常量对象的成员变量是只读的,为了保证对象状态的不变性,不能调用非常量成员函数。

2. 非const对象可以调用const成员函数吗?

       答:可以,非const对象可以调用常量成员函数,因为非const对象在调用常量成员函数时不会改变自身的状态。

3. const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗?

       答:不可以,const成员函数不允许直接调用非const成员函数。如果在const成员函数内部尝试调用非const成员函数,将会引发编译错误,因为这样做会破坏const成员函数的承诺。const成员函数的目的是为了确保在它们内部不会对对象进行任何修改。

4. 非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗?

       答:可以,非const成员函数内可以调用其他的const成员函数,因为非const成员函数在调用const成员函数时并不会改变自身的状态。这是因为非const成员函数有权修改对象状态,但调用const成员函数时,该方法重载对应的函数会是常量版本的函数,以保持对象状态的不变性。

       从以上四个问题中我们可以知道:const对象只能调用const成员函数,非const对象可以调用const成员函数,const成员函数不能调用其他的非const成员函数,而非const成员函数可以调用其他的const成员函数。这样可以保证在需要保持对象状态不变时能够正确使用成员函数。 

五、取地址(&)及(const &)操作符重载

       可以使用取地址操作符(&)来获取对象或变量的地址。通常情况下,取地址操作符返回一个指向所操作对象的指针。

下面这段代码,演示了如何使用取地址操作符来获取对象地址:

int num = 10;
int* ptr = #  // 使用取地址操作符获取变量num的地址

image.gif

       变量 num 的地址通过取地址操作符 & 存储在指针 ptr 中。

       C++中也可以通过重载操作符来自定义类对象的取地址操作符行为。通过重载取地址操作符,我们可以定义自定义类对象的地址获取方式。

class MyClass {
public:
    // 取地址操作符重载
    const MyClass* operator&() const {
        return this;
    }
    // ...
};

image.gif

       在上面的代码中,重载了取地址操作符 & 的函数返回了一个指向自身的指针。

       通过重载取地址操作符,我们可以在自定义类中自定义对象的地址获取操作。这可以用于指定对象在取地址时的特殊行为,或者提供对类的指针化操作的支持。

       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!

六、总结

       本文主要介绍了拷贝构造函数、赋值运算符重载、const成员以及取地址及const取地址操作符重载这几个重要的C++概念。

       拷贝构造函数是用来创建一个对象的副本的特殊构造函数,它接受一个同类对象作为参数,用该对象的属性值初始化新对象。通过拷贝构造函数,我们可以在创建新对象时,使用已有对象的值进行初始化,从而方便地进行对象的复制。

       赋值运算符重载则是定义对象之间赋值操作的行为。通过重载赋值运算符,我们可以自定义对象之间的赋值操作,从而实现自定义对象的赋值行为。

       const成员是指在类的成员函数中,如果某个成员函数不会修改成员变量的值,我们可以将该成员函数声明为const成员函数。在const成员函数中,我们只能读取成员变量的值,而不能修改它们。通过使用const成员函数,我们可以在不破坏对象的情况下,实现对成员变量的只读访问。

       取地址运算符(&)用于获取变量或函数的地址,而const取地址操作符(&)重载可以用于在const对象上获取变量或函数的地址。

       综上所述,本文详细介绍了拷贝构造函数、赋值运算符重载、const成员以及取地址及const取地址操作符重载这几个C++的重要概念,并对它们的作用和用法进行了解释和说明。这些概念在C++编程中具有重要的应用价值,对于理解和设计高效的C++程序至关重要。

七、温馨提示

       感谢您对博主文章的关注与支持!在阅读本篇文章的同时,我们想提醒您留下您宝贵的意见和反馈。如果您喜欢这篇文章,可以点赞、评论和分享给您的同学,这将对我提供巨大的鼓励和支持。另外,我计划在未来的更新中持续探讨与本文相关的内容。我会为您带来更多关于C++以及编程技术问题的深入解析、应用案例和趣味玩法等。请继续关注博主的更新,不要错过任何精彩内容!

       再次感谢您的支持和关注。我们期待与您建立更紧密的互动,共同探索C++、算法和编程的奥秘。祝您生活愉快,排便顺畅!

目录
相关文章
|
2天前
|
编译器 C++
【C++初阶】—— 类和对象 (下)
【C++初阶】—— 类和对象 (下)
|
2天前
|
存储 编译器 C++
【C++初阶】—— 类和对象 (中)
【C++初阶】—— 类和对象 (中)
|
2天前
|
存储 编译器 C语言
【C++初阶】—— 类和对象 (上)
【C++初阶】—— 类和对象 (上)
|
2天前
|
编译器 C++
《Effective C++ 改善程序与设计的55个具体做法》 第二章 构造/析构/赋值运算 笔记
《Effective C++ 改善程序与设计的55个具体做法》 第二章 构造/析构/赋值运算 笔记
|
2天前
|
算法 编译器 C++
Essential C++第4章 基于对象的编程风格
Essential C++第4章 基于对象的编程风格
|
3天前
|
编译器 数据安全/隐私保护 C++
c++primer plus 6 读书笔记 第十三章 类继承
c++primer plus 6 读书笔记 第十三章 类继承
|
3天前
|
存储 C++
C++类的实例:Stock(股票)类。
C++类的实例:Stock(股票)类。
|
3天前
|
编译器 C++
c++primer plus 6 读书笔记 第十章 对象和类
c++primer plus 6 读书笔记 第十章 对象和类
|
3天前
|
程序员 C语言 C++
【C++语言】继承:类特性的扩展,重要的类复用!
【C++语言】继承:类特性的扩展,重要的类复用!
|
3天前
|
C++ 容器
【C++语言】String 类关键函数实现,手搓一个简单字符串类!
【C++语言】String 类关键函数实现,手搓一个简单字符串类!