【C++】类和对象（中）

用户11290673

发布于 2024-09-25 13:01:23

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文章被收录于专栏：学习

前言本篇博客继续类和对象这方面知识的学习，涉及到构造函数，析构函数，拷贝构造，赋值重载等 💓 个人主页：小张同学zkf ⏩ 文章专栏：C++ 若有问题评论区见📝 🎉欢迎大家点赞👍收藏⭐文章

1. 类的默认成员函数

默认成员函数就是⽤⼾没有显式实现，编译器会⾃动⽣成的成员函数称为默认成员函数。⼀个类，我们不写的情况下编译器会默认⽣成以下6个默认成员函数，需要注意的是这6个中最重要的是前4个，最后两个取地址重载不重要，我们稍微了解⼀下即可。其次就是C++11以后还会增加两个默认成员函数，移动构造和移动赋值，这个我们后⾯再总结。默认成员函数很重要，也⽐较复杂，我们要从两个⽅⾯去学习：

• 第⼀：我们不写时，编译器默认⽣成的函数⾏为是什么，是否满⾜我们的需求。 • 第⼆：编译器默认⽣成的函数不满⾜我们的需求，我们需要⾃⼰实现，那么如何⾃⼰实现？

2.构造函数

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 (我们常使⽤的局部对象是栈帧创建时，空间就开好了 )，⽽是对象实例化时初始化对象。构造函数的本质是要替代我们以前Stack和Date类中写的Init函数的功能，构造函数⾃动调⽤的特点就完美的替代的了Init。

构造函数的特点：

1. 函数名与类名相同。 2. ⽆返回值。 (返回值啥都不需要给，也不需要写void，不要纠结，C++规定如此) 3. 对象实例化时系统会⾃动调⽤对应的构造函数。 4. 构造函数可以重载。 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，⼀旦⽤⼾显式定义编译器将不再⽣成。 6. ⽆参构造函数、全缺省构造函数、我们不写构造时编译器默认⽣成的构造函数，都叫做默认构造函数。 但是这三个函数有且只有⼀个存在，不能同时存在。⽆参构造函数和全缺省构造函数虽然构成函数重载，但是调⽤时会存在歧义。总结⼀下就是不传实参就可以调⽤的构造就叫默认构造。 7. 我们不写，编译器默认⽣成的构造， 对内置类型成员变量的初始化没有要求，也就是说是是否初始化是不确定的 ，看编译器。对于⾃定义类型成员变量，要求调⽤这个成员变量的默认构造函数初始化。如果这个成员变量，没有默认构造函数，那么就会报错，我们要初始化这个成员变量，需要⽤初始化列表才能解决，初始化列表，我们之后博客再详细介绍。

说明：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原⽣数据类型， 如：int/char/double/指针等，⾃定义类型就是我们使⽤class/struct等关键字⾃⼰定义的类型。

举个例子：

# include <iostream> using namespace std; class Date { public : // 1. ⽆参构造函数 Date () { _year = 1 ; _month = 1 ; _day = 1 ; } // 2. 带参构造函数 Date ( int year, int month, int day) { _year = year; _month = month; _day = day; } // 3. 全缺省构造函数 /*Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) { _year = year; _month = month; _day = day; }*/ void Print () { cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl; } private : int _year; int _month; int _day; }; int main () { // 如果留下三个构造中的第⼆个带参构造，第⼀个和第三个注释掉 // 编译报错： error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可⽤ Date d1; // 调⽤默认构造函数 Date d2 ( 2025 , 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，否则编译器⽆法 // 区分这⾥是函数声明还是实例化对象 // 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 (); d1. Print (); d2. Print (); return 0 ; }

3.析构函数

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，⽐如局部对象是存在栈帧的，函数结束栈帧销毁，他就释放了，不需要我们管，C++规定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释放⼯作。析构函数的功能类⽐我们之前Stack实现的Destroy功能，⽽像Date没有Destroy，其实就是没有资源需要释放，所以严格说Date是不需要析构函数的。

析构函数的特点：

1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~ 。 2. ⽆参数⽆返回值。 (这⾥跟构造类似，也不需要加void) 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。 4. 对象⽣命周期结束时，系统会⾃动调⽤析构函数。 5. 跟构造函数类似，我们不写编译器⾃动⽣成的析构函数对内置类型成员不做处理，⾃定类型成员会调⽤他的析构函数。 6. 还需要注意的是我们显⽰写析构函数，对于⾃定义类型成员也会调⽤他的析构，也就是说⾃定义类型成员⽆论什么情况都会⾃动调⽤析构函数。 7. 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，如Date；如果默认⽣成的析构就可以⽤，也就不需要显⽰写析构，如MyQueue；但是有资源申请时，⼀定要⾃⼰写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。 8. ⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。

举个例子：

1 # include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 typedef int STDataType; 5 class Stack 6 { 7 public : 8 Stack ( int n = 4 ) 9 { 10 _a = (STDataType*) malloc ( sizeof (STDataType) * n); 11 if ( nullptr == _a) 12 { 13 perror ( "malloc 申请空间失败 " ); 14 return ; 15 } 16 17 _capacity = n; 18 _top = 0 ; 19 } 20 21 ~ Stack () 22 { 23 cout << "~Stack()" << endl; 24 25 free (_a); 26 _a = nullptr ; 27 _top = _capacity = 0 ; 28 } 29 30 private : 31 STDataType* _a; 32 size_t _capacity; 33 size_t _top; 34 }; 35 36 // 两个 Stack 实现队列 37 class MyQueue 38 { 39 public : 40 // 编译器默认⽣成 MyQueue 的析构函数调⽤了 Stack 的析构，释放的 Stack 内部的资源 41 42 // 显⽰写析构，也会⾃动调⽤ Stack 的析构 43 /*~MyQueue() 44 {}*/ 45 private : 46 Stack pushst; 47 Stack popst; 48 }; 49 50 int main () 51 { 52 Stack st; 53 54 MyQueue mq; 55 56 return 0 ; 57 }

4.拷贝构造函数

如果⼀个构造函数的第⼀个参数是⾃⾝类类型的引⽤，且任何额外的参数都有默认值，则此构造函数也叫做拷⻉构造函数，也就是说拷⻉构造是⼀个特殊的构造函数。

拷⻉构造的特点：

1. 拷⻉构造函数是构造函数的⼀个重载。 2. 拷⻉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，因为语法逻辑上会引发⽆穷递归调⽤。（这一点想清楚！！！） 3. C++规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造，所以这⾥⾃定义类型传值传参和传值返回都会调⽤拷⻉构造完成。 4. 若未显式定义拷⻉构造，编译器会⽣成⾃动⽣成拷⻉构造函数。⾃动⽣成的拷⻉构造对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉)，对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷⻉构造。 5. 像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源，编译器⾃动⽣成的拷⻉构造就可以完成需要的拷⻉，所以不需要我们显⽰实现拷⻉构造。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，编译器⾃动⽣成的拷⻉构造完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我们的需求，所以需要我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉)。像MyQueue这样的类型内部主要是⾃定义类型Stack成员，编译器⾃动⽣成的拷⻉构造会调⽤Stack的拷⻉构造，也不需要我们显⽰实现MyQueue的拷⻉构造。这⾥还有⼀个⼩技巧 ，如果⼀个类显⽰实现了析构并释放资源，那么他就需要显⽰写拷⻉构造，否则就不需要 6. 传值返回会产⽣⼀个临时对象调⽤拷⻉构造，传值引⽤返回，返回的是返回对象的别名(引⽤)，没有产⽣拷⻉。但是如果返回对象是⼀个当前函数局部域的局部对象，函数结束就销毁了，那么使⽤引⽤返回是有问题的，这时的引⽤相当于⼀个野引⽤，类似⼀个野指针⼀样。传引⽤返回可以减少拷⻉，但是⼀定要确保返回对象，在当前函数结束后还在，才能⽤引⽤返回。

针对第二点，拷贝构造为什么不能传值调用，给有图解，加深理解！！！

记住传值传参，必先调用拷贝构造！！！

举个例子

1 # include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class Date 5 { 6 public : 7 Date ( int year = 1 , int month = 1 , int day = 1 ) 8 { 9 _year = year; 10 _month = month; 11 _day = day; 12 } 13 14 // 编译报错： error C2652: “Date”: ⾮法的复制构造函数 : 第⼀个参数不应是 “Date” 15 //Date(Date d) 16 Date ( const Date& d) 17 { 18 _year = d._year; 19 _month = d._month; 20 _day = d._day; 21 } 22 23 Date (Date* d) 24 { 25 _year = d->_year; 26 _month = d->_month; 27 _day = d->_day; 28 } 29 30 void Print () 31 { 32 cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 33 } 34 private : 35 int _year; 36 int _month; 37 int _day; 38 }; 39 40 void Func1 (Date d) 41 { 42 cout << &d << endl; 43 d. Print (); 44 } 45 46 // Date Func2() 47 Date& Func2 () 48 { 49 Date tmp ( 2024 , 7 , 5 ); 50 tmp. Print (); 51 52 return tmp; 53 } 54 55 int main () 56 { 57 Date d1 ( 2024 , 7 , 5 ); 58 // C++ 规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造，所以这⾥传值传参要调⽤拷⻉ 构造 59 // 所以这⾥的 d1 传值传参给 d 要调⽤拷⻉构造完成拷⻉，传引⽤传参可以较少这⾥的拷⻉ 60 Func1 (d1); 61 62 cout << &d1 << endl; 63 64 // 这⾥可以完成拷⻉，但是不是拷⻉构造，只是⼀个普通的构造 65 Date d2 (&d1); 66 d1. Print (); 67 d2. Print (); 68 69 // 这样写才是拷⻉构造，通过同类型的对象初始化构造，⽽不是指针 70 Date d3 (d1); 71 d2. Print (); 72 73 // 也可以这样写，这⾥也是拷⻉构造 74 Date d4 = d1; 75 d2. Print (); 76 77 // Func2 返回了⼀个局部对象 tmp 的引⽤作为返回值 78 // Func2 函数结束， tmp 对象就销毁了，相当于了⼀个野引⽤ 79 Date ret = Func2 (); 80 ret. Print (); 81 82 return 0 ; 83 }

5. 赋值运算符重载

5.1运算符重载

• 当运算符被⽤于类类型的对象时，C++语⾔允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。C++规定类类型对象使⽤运算符时，必须转换成调⽤对应运算符重载，若没有对应的运算符重载，则会编译报错。

• 运算符重载是具有特名字的函数，他的名字是由 operator 和后⾯要定义的运算符共同构成。和其他函数⼀样，它也具有其返回类型和参数列表以及函数体。

• 重载运算符函数的参数个数和该运算符作⽤的运算对象数量⼀样多。⼀元运算符有⼀个参数，⼆元运算符有两个参数，⼆元运算符的左侧运算对象传给第⼀个参数，右侧运算对象传给第⼆个参数。

• 如果⼀个重载运算符函数是成员函数，则它的第⼀个运算对象默认传给隐式的this指针，因此运算符重载作为成员函数时，参数⽐运算对象少⼀个。

• 运算符重载以后，其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持⼀致。

• 操作符⾄少有⼀个类类型参数，不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义，如： int

operator+(int x, int y)

• ⼀个类需要重载哪些运算符，是看哪些运算符重载后有意义，⽐如Date类重载operator-就有意

义，但是重载operator+就没有意义。 • 重载++运算符时，有前置++和后置++，运算符重载函数名都是operator++，⽆法很好的区分。 C++规定，后置++重载时，增加⼀个int形参，跟前置++构成函数重载，⽅便区分。

• 重载<<和>>时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数，this指针默认抢占了第⼀个形参位

置，第⼀个形参位置是左侧运算对象，调⽤时就变成了对象<<cout，不符合使⽤习惯和可读性。

重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了，第⼆个形参位置当类类型对

象。

举个例子

1 # include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 // 编译报错： “operator +” 必须⾄少有⼀个类类型的形参 5 int operator +( int x, int y) 6 { 7 return x - y; 8 } 9 10 class A 11 { 12 public : 13 void func () 14 { 15 cout << "A::func()" << endl; 16 } 17 }; 18 19 typedef void (A::*PF)(); // 成员函数指针类型 20 21 int main () 22 { 23 // C++ 规定成员函数要加 & 才能取到函数指针 24 PF pf = &A::func; 25 26 A obj; // 定义 ob 类对象 temp 27 28 // 对象调⽤成员函数指针时，使⽤ .* 运算符 29 (obj.*pf)(); 30 31 return 0 ; 32 }

5.2赋值运算符重载

赋值运算符重载是⼀个默认成员函数，⽤于完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值， 这⾥要注意跟拷⻉构造区分，拷⻉构造⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象。

赋值运算符重载的特点：

1. 赋值运算符重载是⼀个运算符重载，规定必须重载为成员函数。赋值运算重载的参数建议写成const 当前类类型引⽤，否则会传值传参会有拷⻉ 2. 有返回值，且建议写成当前类类型引⽤，引⽤返回可以提⾼效率，有返回值⽬的是为了⽀持连续赋值场景。 3. 没有显式实现时，编译器会⾃动⽣成⼀个默认赋值运算符重载，默认赋值运算符重载⾏为跟默认构造函数类似，对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉)，对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷⻉构造。 4. 像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源，编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载就可以完成需要的拷⻉，所以不需要我们显⽰实现赋值运算符重载。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我们的需求，所以需要我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉)。像MyQueue这样的类型内部主要是⾃定义类型Stack成员，编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载会调⽤Stack的赋值运算符重载，也不需要我们显⽰实现MyQueue的赋值运算符重载。这⾥还有⼀个⼩技巧， 如果⼀个类显⽰实现了析构并释放资源，那么他就需要显⽰写赋值运算符重载，否则就不需要。

举个例子

1 class Date 2 { 3 public : 4 Date ( int year = 1 , int month = 1 , int day = 1 ) 5 { 6 _year = year; 7 _month = month; 8 _day = day; 9 } 10 11 Date ( const Date& d) 12 { 13 cout << " Date(const Date& d)" << endl; 14 15 _year = d._year; 16 _month = d._month; 17 _day = d._day; 18 } 19 20 // 传引⽤返回减少拷⻉ 21 // d1 = d2; 22 Date& operator =( const Date& d) 23 { 24 // 不要检查⾃⼰给⾃⼰赋值的情况 25 if ( this != &d) 26 { 27 _year = d._year; 28 _month = d._month; 29 _day = d._day; 30 } 31 32 // d1 = d2 表达式的返回对象应该为 d1 ，也就是 *this 33 return * this ; 34 } 35 36 void Print () 37 { 38 cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 39 } 40 private : 41 int _year; 42 int _month; 43 int _day; 44 }; 45 46 47 int main () 48 { 49 Date d1 ( 2024 , 7 , 5 ); 50 Date d2 (d1); 51 52 Date d3 ( 2024 , 7 , 6 ); 53 d1 = d3; 54 55 // 需要注意这⾥是拷⻉构造，不是赋值重载 56 // 请牢牢记住赋值重载完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值 57 // ⽽拷⻉构造⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象 58 Date d4 = d1; 59 60 return 0 ; 61 }

6.取地址运算符重载

6.1const成员函数

• 将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后

⾯。

• const实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进⾏修改。

const 修饰Date类的Print成员函数，Print隐含的this指针由 Date* const this 变为const Date* const this

举个例子

# include <iostream> using namespace std; class Date { public : Date ( int year = 1 , int month = 1 , int day = 1 ) { _year = year; _month = month; _day = day; } // void Print(const Date* const this) const void Print () const { cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; } private : int _year; int _month; int _day; }; int main () { // 这⾥⾮ const 对象也可以调⽤ const 成员函数是⼀种权限的缩⼩ Date d1 ( 2024 , 7 , 5 ); d1. Print (); const Date d2 ( 2024 , 8 , 5 ); d2. Print (); return 0 ; }

6.2取地址运算符重载

取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载，⼀般这两个函数编译器⾃动⽣成的就可以够我们⽤了，不需要去显⽰实现。除⾮⼀些很特殊的场景，⽐如我们不想让别⼈取到当前类对象的地址，就可以⾃⼰实现⼀份，胡乱返回⼀个地址。

举个例子

class Date { public : Date* operator &() { return this ; // return nullptr; } const Date* operator &() const { return this ; // return nullptr; } private : int _year ; // 年 int _month ; // ⽉ int _day ; // ⽇ };