前言
有时候我们写好了一个栈,头脑中第一件事情就会先去,Push压栈,各种操作,经常会忘掉一件事情--初始化,当忘记初始化栈的时候,那就会引发程序的崩溃:
还有还可能忘记释放之前申请的空间,引发内存泄露问题。那C++中有没有新的语法,可以帮助我们自动调用函数呢?引出我们的构造函数。
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
构造函数
概念
对于以下Date类:
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?
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 );//创建对象d1之后,需要调用这个初始化函数对d1对象进行初始化 d1 . Print (); Date d2 ; d2 . Init ( 2022 , 7 , 6 );//这样未免有点太麻烦了 d2 . Print (); return 0 ; }
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。
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。
1. 函数名与类名相同。 2. 无返回值。 解析:函数名前面无数据类型,不需要写void, 3. 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。 解析:当创建一个对象的时候,编译器会自动调用该类的构造函数对新创建的变量进行初始化 4. 构造函数可以重载 解析:本质就是我们写多个构造函数,提供多种初始化方式 5.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,并不是我们不写,编译器默认生成的构造函数才被叫做默认构造函数, 以下三种都可以称为默认构造函数: 1.无参构造函数 2.全缺省构造函数 3.我们没写编译器默认生成的构造函数 6. 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。
解释特性3:对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
代码示例:
根据函数缺省的知识,可以将上面的无参构造和带参构造的写法合并,写成 全缺省构造函数:
还要注意的是构造函数 不能写成这样:
这样写的话,编译器不知道是定义对象,还是声明一个函数
Date d1(); // 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?)
解释特性4: 构造函数可以重载
在面向对象编程中,一个类可以根据实际需要定义多个构造函数,这些构造函数的名称都与类名相同,但参数列表不同(参数的数量、类型或顺序各异)。这样设计的好处在于,创建该类的对象时,可以根据实际提供的参数来选择调用哪个构造函数进行初始化。
所以构造函数建议写成全缺省的构造函数,这样的话,无论传参个数的多少,都能适用。
解释特性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。
还有另一种情况是将全缺省改成半缺省:
测试代码
class Date { public: //情况1,(以下没有注释)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; } //情况2,全缺省改成半缺省 Date(int year , int month = 1, int day = 1) { cout << "Date(int year =1,int month = 1.int day = 1)" << endl; _year = year; _month = month; _day = day; } void Print() { cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl; } private: int _year; int _month; int _day; }; int main() { // 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; d1.Print(); return 0; }
关于编译器生成的默认成员函数,很多初学者会有疑惑: 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。
以上是对于日期类的情况,对于栈类,也是同样道理,自定义类型的成员才会处理,会去调用这个成员的默认构造函数
栈的构造函数的应用,用C++实现栈:
class Stack { public: //Stack() //{ // a = nullptr; // top = capacity = 0;//栈顶元素的下一个位置 //} //优化后的构造函数 Stack(size_t n = 4)//优化的写法 { if (n == 0) { a = nullptr; top = capacity = 0; } else { a = (int*)malloc(sizeof(int) * n); if (a == nullptr) { perror("realloc fail"); exit(-1); } top = 0; capacity = n; } } //void Init() //{ // a = nullptr; // top = capacity = 0; //} void Push(int x) { if (top == capacity) { size_t newcapacity = capacity == 0 ? 4 : capacity * 2; int* tmp = (int*)realloc(a, sizeof(int) * newcapacity); //tmp 会指向新的内存区域(如果发生迁移),否则它仍指向原内存区域(如果没有迁移)。 ///无论是否发生迁移,原有的指针 a 应该被 tmp 替代, //以确保后续操作使用的都是正确且可能已改变的内存地址: if (tmp == nullptr) { perror("realloc fail"); exit(-1);//以异常的方式退出 } if (tmp == a) { cout << capacity << "原地扩容" << endl; } else { cout << capacity << "异地扩容" << endl; } a = tmp; capacity = newcapacity; } a[top++] = x; } int Top() { return a[top - 1]; } void Pop() { assert(top > 0); --top; } void Destroy() { free(a); a = nullptr; top = capacity = 0; } bool Empty() { return top == 0; } private: //成员变量 int* a;//指针都是内置类型 int top; int capacity; }; int main() { Stack st1;//使用栈的构造函数的默认初始值 //st1.Init(); st1.Push(1); st1.Push(2); st1.Push(3); st1.Push(4); while (!st1.Empty()) { cout << st1.Top() << " "; st1.Pop(); } cout << endl; st1.Destroy(); //直接写这种 -- 优化的写法 Stack st2(0);//可以自定义初始化栈的数据 for (size_t i = 0; i < 1000; i++) { st2.Push(i); } while (!st2.Empty()) { cout << st2.Top() << " "; st2.Pop(); } cout << endl; st2.Destroy(); }
C++11中,声明支持给缺省值,如果声明有缺省值,才会处理,但一般的内置类型的成员不会处理
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。
演示:
/ class Date { public: //以下Date构造函数注释掉 /*Date(int year=1 , int month = 1, int day = 1) { cout << "Date(int year =1,int month = 1.int day = 1)" << endl; _year = year; _month = month; _day = day; }*/ void Print() { cout << _year << "/" << _month << "/" << _day; } private: int _year =1;//这里给值是声明,不是初始化,因为初始化的特征是开空间,这里并没有开空间 int _month ; int _day ; }; int main() { Date d1;//我们没写,编译器自动调用默认生成的构造函数,我们在声明的_year处给了初始值,所以 只有这个地方是赋值的,其他地方都是随机数 d1.Print(); }
解释特性6: 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(特点:不传参就可以调用的构造就是默认构造)。
刚刚我们提到,对于日期类,多个构造函数(无参的、有参的)并存会存在调用二义性,所以三个默认的构造函数中,只能存在一个:
并且如果构造函数是有参的,则不能缺任何一个初始化的形参值,比如:
对于栈类实例化对象来说, 不对n初始化,虽然这里给了值,但不视为全缺省参数,又因为我们实现了这个Stack类的构造函数,所以说,不能视为无参构造函数和编译器默认生成的构造函数。
总结:
一般情况都需要我们自己写构造函数,决定初始化方式
如果成员变量全是自定义类型,可以考虑不写构造函数
构造函数的应用:
之前我们写过的一个有效的括号的题目:有效的括号--c语言实现
现在经过了C++改良后,栈的初始化以及销毁部分就通通有编译器实现了:
代码实现(栈的实现在上文构造函数的应用):
bool isValid(const char* s) { Stack st; while (*s) { if (*s == '[' || *s == '(' || *s == '{') { st.Push(*s); ++s; } else { // 不匹配 if (st.Empty()) return false; char top = st.Top(); st.Pop(); // 不匹配 if ((*s == ']' && top != '[') || (*s == ')' && top != '(') || (*s == '}' && top == '{')) { return false; } ++s; } } return st.Empty(); } int main() { cout << isValid("[[]]()()") << endl; cout << isValid("[[]]]") << endl; return 0; }
析构函数
概念
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。
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 ~。
#日期类的构造函数和析构函数 class Date { public: Date()//构造函数 {} ~Date()//析构函数 {} private: int _year ; int _month ; int _day ; }; #栈类的构造函数和析构函数 class Stack { public: Stack() {} ~Stack() {} private: int* a; int top; int capacity; };
2. 无参数无返回值类型。.
函数名(跟类名相同)前不用写返回值(意味着void不用写),不用传入参数
3. 对象生命周期结束时,C++编译系统系统自动调用析构函数
在C++中,每个类对象都有一个生命周期。当对象的生命周期到达终点(如离开作用域或动态分配的对象被删除时),C++编译系统会自动调用该对象的析构函数。析构函数是一个特殊成员函数,它的主要职责是在对象销毁前进行必要的清理工作,如释放内存、关闭文件或解除其他系统资源的占用,以确保程序运行的健壮性和资源的有效管理。
4. 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
编译器自动生成的析构函数机制:
对于日期类,成员变量是_year、_month、_day(内置类型),是属于d1对象的,这个对象在栈帧里面,栈帧出了作用域自动就销毁了,所以是不需要销毁的,日期类都不用写析构函数 对于栈类(自定义类型),是需要写析构函数的,但不用写Destroy()函数了,因为有析构函数就行了,它的作用就是清理资源,何为资源:malloc、fopen(动态)等
5.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 Stack { public: Stack(size_t n=10) { if (n == 0) { a = nullptr; top = capacity = 0; } else { a = (int*)malloc(sizeof(int) * n); if (a == nullptr) { perror("realloc fail"); exit(-1); } top = 0; capacity = n; } } ~Stack() { cout << "~Stack()" << endl; free(a); a = nullptr; top = capacity = 0; } private: //成员变量 int* a; int top; int capacity; }; class MyQueue { private: Stack _pushst; Stack _popst; }; int main() { MyQueue mq; }
6.先构造的后析构,后构造的先析构
观察:
【C++初阶】第三站:类和对象(中) -- 类的6个默认成员函数-2