【C++】类的六大默认成员函数及其特性(万字详解)

简介: 【C++】类的六大默认成员函数及其特性(万字详解)

类对象函数的核心设计----This指针

This指针是什么?

       如下,我们设计一个日期类Date:

#include<iostream>
using namespace std;
 
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; // 年
  int _month; // 月
  int _day; // 日
  int a;
};
 
int main()
{
  Date d1, d2;
  d1.Init(2024, 3, 10);
  d2.Init(2024, 7, 8);
  d1.Print();
  d2.Print();
 
  return 0;
}

       分别调用它们,得到结果:

       对于上述类,有这样的一个问题:

       Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数,函数体中没有关于不同对象的区分,那当d1调用 Init 函数时,该函数是如何知道应该设置d1对象,而不是设置d2对象呢?

       C++中通过引入this指针解决该问题,即:C++编译器给每个“非静态的成员函数“增加了一个隐藏的指针参数,让该指针指向当前对象(函数运行时调用该函数的对象),在函数体中所有“成员变量”的操作,都是通过该指针去访问。只不过所有的操作对用户是透明的,即用户不需要来传递,编译器自动完成。


This指针的特性

  1. this指针的类型:类类型* const,即成员函数中,不能给this指针赋值
  2. 只能在“成员函数”的内部使用。
  3. this指针本质上是“成员函数”的形参,当对象调用成员函数时,将对象地址作为实参传递给this形参。所以对象中不存储this指针
  4. this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参,一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传递,不需要用户传递。
  5. this不能在形参和实参显示传递,但是可以在函数内部显示使用.

类的默认成员函数

       如果一个类中什么成员都没有,简称为空类

       但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自动生成的成员函数称为默认成员函数


构造函数

构造函数的定义

       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


构造函数的特性

       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。(tips:还不了解函数重载的朋友可以先移步:【C++】函数重载)

      如下日期类,其中第4行的构造函数Date和第9行的构造函数Date函数名相同,参数个数不同,因此构成重载函数:

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;
};
int main(){
 
  Date d1; // 调用无参构造函数
  Date d2(2015, 1, 1); // 调用带参的构造函数
 
  return 0;
}

       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。如以下代码的函数:声明了名为"d3"的函数,该函数无参数,且返回值是一个日期类型的对象:

Date d3();

       该代码放在程序中编译器会做出警告:

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;
};
int main(){
 
  // 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
  Date d3();
 
  return 0;
}

       运行程序,编译器会有警告:

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。

       如:我们先创建一个日期类Date,但不写构造函数,且在主函数调用无参构造函数:

class Date 
{
public:
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
 
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
int main() 
{
  Date d1; 
 
  return 0;
}

       运行程序,查看结果可以发现,程序是正常运行且成功调用了无参构造函数的:

       但是如果当我们显式自定义了构造函数,系统就不会再生成那个无参的构造函数了,这时我们再在主函数调用无参的构造函数就会失败:

class Date 
{
public:
  //用户自定义的显式带参构造函数
  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() 
{
  Date d1; 
 
  return 0;
}

       运行程序,可以看到当自定义了构造函数之后,再去调用默认构造函数系统就不会生成了:

       注意,在上述举例中,我们自定义的带参构造函数仅是为了证实 : 如果用户自定义了构造函数,系统就不会再生成默认构造函数(这个系统生成的构造函数规定是无参的),如果用户自定义的是无参的构造函数,那么系统同样不会生成构造函数,但是这时在主函数调用无参的构造函数是可以正常运行的,这是因为这时编译器调用的就是用户自定义的无参构造函数,但这样无法明显印证"用户自定义了构造函数,系统就不会再生成无参的默认构造函数"这个特性,因此,我们采用上述例子来印证并展示C++的构造函数的该项特性。

6.关于编译器生成的默认成员函数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好像又没什么用。如下代码,d1对象调用了编译器生成的默认构造函数,但是d1对象_year/_month/_day,依旧是随机值:

class Date
{
public:
  //用户不定义构造函数,系统自动生成默认构造函数
 
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
int main()
{
  Date d1;
  d1.Print();
 
  return 0;
}

       运行程序,查看运行结果:

       也就说在这里编译器生成的默认构造函数好像并没有什么用?

       其实不是的,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

class Time
{
public:
  Time()
  {
    cout << "Time()---Time类构造函数" << endl;
    _hour = 0;
    _minute = 0;
    _second = 0;
  }
private:
  int _hour;
  int _minute;
  int _second;
};
 
class Date
{
public:
  //用户不定义构造函数,系统自动生成默认构造函数
 
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
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 d1;
  d1.Print();
 
  return 0;
}

       运行程序,可以看到在默认Date类的构造函数构造对象d1时,虽然对基本类型没有做处理,但对其中的自定义类型却调用了该类型本身的构造函数:

       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。

       如下,我们在Date类中声明内置类型时给出相关默认值,再查看结果:

class Time
{
public:
  Time()
  {
    cout << "Time()---Time类构造函数" << endl;
    _hour = 0;
    _minute = 0;
    _second = 0;
  }
private:
  int _hour;
  int _minute;
  int _second;
};
 
class Date
{
public:
  //用户不定义构造函数,系统自动生成默认构造函数
 
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
private:
  //基本类型(内置类型)
  int _year = 1900;
  int _month = 1 ;
  int _day = 1 ;
 
  //自定义类型
  Time _t;
};
int main()
{
  Date d1;
  d1.Print();
 
  return 0;
}

       运行程序,可以看到这次默认生成的Date类中的基本类型就不再是随机值了:

7.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,(即不传参就可以调用的)都可以认为是默认构造函数。

       如下,我们为日期类Date设置两个不传参就可以调用的默认构造函数:

class Date
{
public:
  //无参的构造函数
  Date()
  {}
 
  //全缺省的的构造函数
  Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
private:
  int _year ;
  int _month ;
  int _day ;
 
};
int main()
{
  Date d1;
  return 0;
}

       在主函数调用构造函数,发现程序会报错:

       该部分的冲突本质还是无参函数和全缺省函数的函数重载调用歧义导致冲突问题,对于重载函数调用歧义感兴趣的朋友可以移步:【C++】函数重载

       文章第三部分有对该情况的典型案例详解:

综上所述,对于构造函数,我们可以得到以下几个结论:

  1. 一般情况下,构造函数都需要我们自己写
  2. 不需要自己写构造函数的两种情况:
  • 内置类型成员都有缺省值,且初始化符合我们的要求
  • 全是自定义类型的构造,且这些类型都定义默认构造

        构造函数特性思维导图:


析构函数

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。

       注意,析构函数的主要任务是对开空间创建的对象进行空间释放


析构函数的特性

1. 函数名是在类名前加上字符 ~

2. 参数返回值类型。

       如下~Date()函数:

class Date
{
public:
  //析构函数
  ~Date()
  {
    cout << "~Date()" << endl;
    _year = _month = _day = 0;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
 
};
int main()
{
  Date d1;
 
  return 0;
}

       运行程序,可以看到,析构函数在程序结束前被调用过:

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

       如下析构函数,因为析构函数的特性的第一点规定了析构函数的函数名只能是~+类名,而第二点规定的无参数无返回值,则限制了析构函数不能够像构造函数那样重载,即一个类只能有一个析构函数:

//析构函数
  ~Date()
  {
    cout << "~Date()" << endl;
    _year = _month = _day = 0;
  }

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。

class Date
{
public:
  //析构函数
  ~Date()
  {
    cout << "Date类析构函数~Date()" << endl;
    _year = _month = _day = 0;
  }
 
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
 
};
int main()
{
  Date d1;
  return 0;
}

5. 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。

class Time
{
public:
  ~Time()
  {
    cout << "Time类析构函数:~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;
}

       运行程序,可以看到,对于Date类中的自定义类型Time,在Date类出生命周期的时候,系统自动生成的析构函数会去调用自定义类型自己的析构函数:

       在main方法中根本没有直接创建Time类的对象,为什么最后会调用Time类的析构函数?

        因为: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,最后系统直接将其内存回收即可;而_t是Time类对象,所以在d销毁时,要将其内部包含的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,实际要释放的是Date类对象,所以编译器会调用Date类的析构函数,而Date没有显式提供,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,要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁main函数中并没有直接调用Time类析构函数,而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数。

      注意创建哪个类的对象则调用该类的析构函数,销毁那个类的对象则调用该类的析构函数!

6. 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。

       对于Date类,我们可以看到,在创建Date类对象时,实际上只是创建了三个整形变量,而并没有动态内存资源的申请(类似于C语言的malloc/calloc等),因此对于Date类我们其实是不需要写析构函数的。这就类似于,我们在主函数创建了一个整型变量int i;那么在使用完后,我们是不需要将这个整形"释放/销毁"的,因为它存在于栈空间,当生命周期结束时,系统会自动帮我们清理这块空间:

class Date
{
private:
  int _year = 1970;
  int _month = 1;
  int _day = 1;
};

       对于Stact类,我们则必须注意到:它在创建对象时利用构造函数在堆上使用malloc()函数开辟了一块整形数组空间,那么在对象生命周期结束后就必须调用拥有释放堆空间功能的析构函数去将这块空间释放掉,否则就会导致内存泄漏!

       对于内存的动态分配与销毁还不太了解的朋友可以移步这篇文章,里面详细举例阐述了动态内存的相关知识点以及一些常见的动态内存错误:【C语言】内存的动态分配与释放

class Stack
{
public:
  //Stack构造函数
  Stack(size_t capacity = 3)
  {
    _arr = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
    if (NULL == _arr)
    {
        perror("malloc申请空间失败!!!");
      return;
    }
    _capacity = capacity;
    _size = 0;
  }
  //Stack析构函数
  ~Stack()
  {
    if (_arr)
    {
      free(_arr);
      _arr = NULL;
      _capacity = 0;
      _size = 0;
    }
  }
private:
  int* _arr;
  int _capacity;
  int _size;
};
 
int main()
{
  Stack s;
  return 0;
}

综上所述,对于析构函数,我们可以得到以下几个结论:

  1. 一般情况下,有动态申请资源,就需要自己写析构函数释放动态开辟资源
  2. 不需要自己写析构函数的两种情况:
  • 没有动态申请的资源,不需要写析构
  • 需要释放资源的成员都是自定义类型,不需要写析构

      析构函数思维导图:


拷贝构造函数

拷贝构造函数的定义

      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。


拷贝构造函数的特性

1.拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式

      也就是说,拷贝构造函数的函数名和构造函数一样,都与类名相同。

2.拷贝构造函数的参数只有一个,并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。

       我们拿下面这段代码为例,深入探究一下拷贝构造函数的这点特性:

class Date
{
public:
  //构造函数
  Date(int year = 2000, int month = 1, int day = 1)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
 
  //拷贝构造函数|设计思路
    //因为与构造函数重载,所以函数名为Date,又因为类函数会隐式传递调用对象的this指针,
    //所以参数部分我们只需要一个Date类变量d来接收传入的待拷贝对象即可:
  Date(Date d)
  {
    _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;
}

       运行程序,我们可以看到,编译器报错拷贝构造函数参数有问题:

       似乎明明我们对于拷贝构造函数的设计很合理合规,但为什么编译器会报错?

       这涉及一项C++的规定,即:按值传递会导致被调用函数使用调用程序中的值的拷贝

       即,当我们给函数传值调用时,实际上是将原变量拷贝了一份给形参使用:

       而对于C++中的自定义类型,传参的拷贝动作是依靠拷贝构造函数来完成的,也就是说,这时程序陷入了一个要拷贝构造就传参,而要传参就先拷贝构造的无限递归中:

       对于这个逻辑怪象,网上有个梗图是很贴切的:

把我们刚才遇到的现象带入到梗图里,简直是毫无违和感有没有:

       既然拷贝构造函数像刚才那样构建是有问题的,那么我们该如何正确的构建拷贝构造函数呢?

  •        C语言解决方法:使用传址调用
  •        C + + 解决方法:使用引用
class Date
{
public:
  //构造函数
  Date(int year = 2000, int month = 1, int day = 1)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  //拷贝构造函数
  Date(Date& d)//直接将d变成对d1的引用,这样就不会造成形参拷贝问题了
  {
    _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;
}

       但使用引用来构建拷贝构造函数还有一个点需要注意的是,我们应该给引用前加上const修饰,原因是,一旦d成为了d1的引用,那么拷贝构造函数中如果不慎出现将d改变了的情况就会影响到d1也跟着被改变

       如下,我们原本是想要将d1拷贝给d2的,但是拷贝构造函数不小心写错了:

       就会导致,当63行代码运行完后,不仅d2没有拷贝成功,反而d1的值也被修改为随机值了:

       基于上述情况,我们应该给函数参数的引用前加上const修饰,这样即便不小心写反,程序也会马上告诉我们代码逻辑有误:

3.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。

       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。

调用系统生成默认拷贝构造函数后:

4.编译器生成的默认拷贝构造函数可以完成字节序的值拷贝,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。

       浅拷贝相较于深拷贝的劣势在于,它是完全按照两个变量的空间内容逐字节拷贝的,这样的拷贝方式在我们遇到例如想拷贝一个动态栈的时候就会出现问题:

       我们原本是想要拷贝一个数据和s1一样的栈s2来区别于s1进行其他相关操作,但是因为浅拷贝的缘故,导致拷贝后的s2和s1一模一样,就连指针*_arr指向的动态开辟的内存空间都完全一样,这样得到的拷贝结果完全不符合我们的要求,因为这将导致两个变量无论改变哪个另一个都会跟着一起改变:

       我们同样在编译器中测试一下系统自动生成的默认拷贝构造函数来拷贝一下栈s1:

       可以看到,默认拷贝构造函数对s1和s2完成了浅拷贝操作:

       并且浅拷贝的危害远不止如此,使用了浅拷贝之后,当s1,s2这两个类对象出生命周期时,分别调用析构函数时就会导致对一块内存重复释放的问题:

      综上,对于涉及到资源申请的拷贝构造时,我们一定要自主完成深拷贝的拷贝构造函数的编写,如:

class Stack
{
public:
  //Stack构造函数
  Stack(size_t capacity = 3){
    _arr = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
    if (NULL == _arr)
    {
      perror("malloc申请空间失败!!!");
      return;
    }
    _capacity = capacity;
    _size = 0;
  }
 
  //Stack拷贝构造函数(深拷贝)
  Stack(const Stack& st){
    _arr =(int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
    if (NULL == _arr)
    {
      perror("malloc申请空间失败!!!");
      return;
    }
    memcpy(_arr, st._arr, sizeof(int) * st._size);
    _size = st._size;
    _capacity = st._capacity;
 
  }
  
  //Stack析构函数
  ~Stack()
  {
    if (_arr)
    {
      free(_arr);
      _arr = NULL;
      _capacity = 0;
      _size = 0;
    }
  }
private:
  int* _arr;
  int _capacity;
  int _size;
};
 
int main()
{
  Stack s1;
  Stack s2(s1);
  return 0;
}

5.拷贝构造函数典型调用场景:

  • 使用已存在对象创建新对象
  • 函数参数类型为类类型对象
  • 函数返回值类型为类类型对象

       如下代码,我们测试一下构造函数的调用场景:

class Date{
public:
  Date(int year, int month, int day){
    cout << "调用构造函数Date():" << this << endl;
  }
  Date(const Date& d){
    cout << "调用拷贝构造函数Date():" << this << endl;
  }
  ~Date(){
    cout << "调用析构函数~Date():" << this << endl;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
Date Test(Date d){
  Date temp(d);
  return temp;
}
int main(){
  Date d1(2022, 1, 13);
  Test(d1);
  return 0;
}

       运行后可以发现,虽然只有一次拷贝动作,但因为传参调用函数以及函数返回值的缘故,实际一共调用了三次拷贝构造:

       因此,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。

class Date {
public:
  Date(int year, int month, int day) {
    cout << "调用构造函数Date():" << this << endl;
  }
  Date(const Date& d) {
    cout << "调用拷贝构造函数Date():" << this << endl;
  }
  ~Date() {
    cout << "调用析构函数~Date():" << this << endl;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
Date Test(Date& d) {
  Date temp(d);
  return temp;
}
int main() {
  Date d1(2022, 1, 13);
  Test(d1);
  return 0;
}

       运行程序,查看函数调用情况,虽然仅仅只减少了一次拷贝构造及析构,但如果我们拷贝构造的对象是一个有几万个数据的动态栈或者其他结构时,小小一次拷贝构造节省的时间就非常可观了:

       但还有一点需要注意,不能够将函数内部创建的变量通过引用返回值返回给主函数,因为该变量出了函数就会调用析构函数销毁,返回给主函数的就会是一个非法的无效引用,如下Date类:

       拷贝构造函数特性思维导图:


赋值运算符重载

运算符重载

       C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载,运算符重载是具有特殊函数名的函数也具有其返回值类型,函数名字以及参数列表,其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。

函数名字为:关键字operator后面接需要重载的运算符符号。

函数原型:返回值类型 operator操作符(参数列表)

注意:

  • 不能通过连接其他符号来创建新的操作符:比如operator@
  • 重载操作符必须有一个类类型参数
  • 用于内置类型的运算符,其含义不能改变,例如:内置的整型+,不能改变其含义
  • 操作符是几个操作数,类外的重载函数就有几个参数
  • 作为类成员函数重载时,其形参看起来比操作数数目少1,因为成员函数的第一个参数为隐藏的this
  • .*  / :: / sizeof  / ?: /  .   注意!以上5个运算符不能重载!

       如下Date类,就使用operator关键字实现了重载<运算符:

class Date
{
public:
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
  bool operator<(const Date& x)
  {
    if (_year < x._year){
      return true;
    }
    else if (_year == x._year && _month < x._month){
      return true;
    }
    else if (_year == x._year && _month == x._month && _day < x._day){
      return true;
    }
    return false;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
 
int main() 
{
  Date d1(2024,1,1);
  Date d2(2024,3,14);
 
  //直接使用运算符比较d1和d2
  d1 < d2;
  //调用operator函数比较d1和d2
  d1.operator<(d2);
 
  return 0;
}

       经过测试,我们可以看到,在使用operator重载了<之后,直接使用运算符比较和调用operator<函数比较的代码转为汇编代码后是完全一模一样的:

       注意,并不是运算符重载函数都要写成内置类型,而我们通常写成内置类型的原因是防止其写在类外面不好访问私有的成员。

       但是赋值运算符重载函数一定要写成内置类型,因为它是默认成员函数


赋值运算符重载

1.赋值运算符重载格式

  • 参数类型:const 类名&,传递引用可以提高传参效率
  • 返回值类型:类名&,返回引用可以提高返回的效率,有返回值目的是为了支持连续赋值
  • 检测是否自己给自己赋值
  • 返回*this:要复合连续赋值的含义

2.与拷贝构造的区别

  • 构造函数:一个已经存在的对象初始化另一个对象
  • 运算符重载函数:两个已经存在的对象之间的复制拷贝

       如下,我们为日期类Date写一个赋值运算符重载函数:

class Date
{
public:
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
 
  //d1(this) = d2(d)
  Date& operator=(const Date& d)
  {
    _year = d._year;
    _month = d._month;
    _day = d._day;
    return *this;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
 
int main()
{
  Date d1(2024, 1, 1);
  Date d2(2024, 3, 14);
  d1 = d2;
  d1.Print();
  d2.Print();
  return 0;
}

       运行程序,查看结果:

       这里对于赋值运算符重载函数有一些小细节需要注意一下:

Date& operator=(const Date& d)
{
  if (this != &d)
  {
    _year = d._year;
    _month = d._month;
    _day = d._day;
  }
  return *this;
}
  1. 对于参数部分的const引用设计,其原因和原理我们在前面的拷贝构造函数部分已经详细分析过了,即:引用是为了减少传值调用函数时调用拷贝构造函数的消耗,而const修饰则是为了防止引用的参数在函数内不慎被修改。
  2. 然后对于引用返回值的设计,主要是考虑到赋值操作符要兼容连等的操作,如:
d3 = d2 = d1;
  1. 这时如果函数返回值为void,则d3后的'='运算符就没有右运算数了,为了兼容这种情况,我们可以将函数的返回值设置为调用函数的变量,这样就可以满足连等的操作了。其次使用类引用做返回值的原因是,因为调用该函数的变量生命周期一定不在函数范围内,即出了函数作用域后不会导致该变量被销毁,因此使用引用返回值是安全的,并且还可以节省一次返回值拷贝构造的开销,从而提升函数效率。
  2. 最后对于第三行的if语句的设计,实际是为了防止有时会出现自己赋值自己的情况出现,如
d1 = d1;

3.用户没有显式实现时,编译器会生成一个默认赋值运算符重载,以值的方式逐字节拷贝。注意:内置类型成员变量是直接赋值的,而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。

4.赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数。

       原因:赋值运算符如果不显式实现,编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载,就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了,故赋值运算符重载只能是类的成员函数。

         赋值运算符重载函数特性思维导图:


取地址操作符重载

       对于内置类型变量而言,取地址操作符可以获取到它们的地址,而对于自定义类型变量而言,取地址操作符的作用同样是获取到它们的地址,而自定义变量的地址,恰好就是this指针,因此Date类取地址操作符重载函数如下:

Date* operator&()
{
  return this;
}

      这个默认成员函数一般不用重新定义 ,编译器默认会生成。


const取地址操作符重载

       const取地址操作符重载是取地址操作符的一种重载形式,但它的作用主要是为被const修饰的变量获取它的const修饰的地址,因为要出入保持一致,否则如果传入一个const变量,但却返回了一个不是const修饰的地址,就会导致该变量有被利用地址强行修改的风险,因此Date类const取地址操作符重载函数如下:

Date* operator&()
{
  return this;
}

       最后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!

       比如我们当不想让对方获取到变量的地址时,我们就可以自己设计取地址操作符重载为:

Date* Date::operator&()
{
  return nullptr;
}
const Date* Date::operator&()const
{
  return nullptr;
}

       这样当别人再使用&操作符来获取变量地址时,得到的就会是无效地址:


结语

希望这篇关于类的默认成员函数的博客能对大家有所帮助,欢迎大佬们留言或私信与我交流.

学海漫浩浩,我亦苦作舟!关注我,大家一起学习,一起进步!



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