类和对象（构造深入）
数据成员指针
定义： 数据类型类名:: *指针名 = &类名::数据成员
解引用： 对象名.* 指针名 对象指针 ->*指针名
数据成员指针实际上是一个偏移量，区别于普通指针。
static静态成员变量不能使用数据成员指针
#include <iostream>
using namespace std;
struct A {
A(double n1=0.0,int n2=0):num1(n1),num2(n2){}
double num1;
int num2;
};
int main(){
int i = 10;
int *pi = &i; //指针 指向普通变量
A a(0.1, 1), b(1.1, 2);
int *pa = &a.num2;
cout << a.num2 << endl; //1
int A::*p = &A::num2; //指针 指向成员变量
cout << a.*p << b.*p << endl; // 1 2
//指向数据成员的指针，是针对类的，是一个偏移量
printf("%p\n", p); // 00000008
A* pA = new A(3.1, 3);
cout << pA->*p << endl; //3
auto p_double = &A::num1;
cout << typeid(p_double).name() << endl; //double A::*
delete pA;
return 0;
}成员函数指针
普通函数指针：返回值类型（*指针名）（参数列表） 注意：void( * p_fun)(int,int);和void * p_fun(int,int);的区别 前者是定义函数指针，后者是函数声明(指针函数)
成员函数指针的定义： 返回值类型（类名:: * 指针名）（参数列表） 解引用： (对象名.* 指针名) （参数列表） (对象指针 ->*指针名)（参数列表） 非静态成员函数指针与普通成员函数的区别是，隐含参数this指针 静态成员函数由于没有this指针，所以和普通函数指针是一样的，不能类名:: * 指针名
成员函数指针赋值时，不能省略&（取地址符）
#include <iostream>
using namespace std;
struct A {
int add(int a, int b) { cout << "add()" << endl; return a + b; }
static void show() { cout << "show()" << endl; }
};
void f1(int a, int b) { cout << "f1()" << endl; }
void f2(int a, int b) { cout << "f2()" << endl; }
typedef void(*P_FUN)(int, int); //typedef 定义函数指针
using P_FUN1 = void(*)(int, int);//using 定义函数指针
typedef int(A::*P_ADD)(int, int);
using P_ADD1 = int(A::*)(int, int);
int main(){
void(*p_fun)(int, int) = &f1; //普通函数指针,可省略&
p_fun(2, 2); // f1()
p_fun = &f2;
p_fun(1, 2); // f2()
P_FUN p1 = &f1;
p1(1, 1); // f1()
p1 = &f2;
p1(2, 2); // f2()
P_FUN1 p2 = &f1;
p2(1, 1); // f1()
p2 = &f2;
p2(2, 2); // f2()
//非静态成员函数指针，区别于普通函数，主要是由于隐含的this指针
int(A::*p_add)(int, int) = &A::add; //非静态成员函数指针
A a;
cout << (a.*p_add)(0,2) << endl; //.* 必须有对象,注意括号 运行结果add() 2
A* pa = new A;
cout << (pa->*p_add)(1, 2) << endl; //->* //运行结果add() 3
auto p_add1 = &A::add;
cout << (a.*p_add1)(2, 2) << endl; //运行结果add() 4
P_ADD p11 = &A::add;
cout << (a.*p11)(3, 2) << endl; //运行结果add() 5
P_ADD1 p22 = &A::add;
cout << (pa->*p22)(2, 4) << endl; //运行结果add() 6
delete pa;
void(*p_show)() = &A::show; //静态成员函数指针 与普通函数指针类似
p_show();
return 0;
}应用举例 ：GAME类的方向移动函数封装
using Action = void(Game::*)();//定义别名 成员函数指针
相当于typedef void(Game::*Action)();
enum Direction { LEFT, RIGHT, UP, DOWN }; //枚举
默认从0开始，相当于LEFT=0,RIGHT=1,UP=2,DOWN=3
static Action menu[];
数组中存放的是 成员函数指针
三五法则
默认构造函数，拷贝构造函数，赋值运算符重载，析构函数，系统可自动合成。（自己没有定义的时候） 拷贝构造函数，赋值运算符重载，析构函数 一般情况下，要么都自己定义，要么都是系统合成。 有资源时，都自定义，没资源时，不必自己定义。 三个当中，只要有一个需要自定义，意味着其他两个也要自定义！ 使用 =default; 显式要求编译器生成合成默认版本 使用 =delete; 定义为删除的函数。通知编译器不需要该函数。 private 也可以阻止拷贝，阻止赋值。 构造或析构函数定义为 private将无法在类外创建对象。 但是：构造public,析构private是可以用new创建对象的。
#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
A() = default;
~A() = default;
A(const A&) = default;
A& operator=(const A&) = default;
};
class B {
public:
B() = default;
B(const B&) = delete;
B& operator=(const B&) = delete;
};
class C {
public:
void destroy() { delete this; }
private:
~C() {};
};
int main() {
A a1;
A a2 = a1;
B b1;
//B b2 = b1; //错误，拷贝构造delete
//C c1; //错误，析构函数是 private
C* pc = new C;
pc->destroy();
return 0;
}引用计数
思考：深拷贝一定就好吗？浪费内存空间（数据冗余存储）
深拷贝和赋值运算符重载(深)
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
class myString {
public:
myString(const char * pstr = NULL) {
if (!pstr) {
ps = new char[1];
ps[0] = '\0';
}
else {
ps = new char[strlen(pstr) + 1];
strcpy(ps, pstr);
}
}
myString(const myString &other):ps(new char[strlen(other.ps) + 1]) {
strcpy(ps, other.ps);
}
myString &operator=(const myString &other) {
if (this != &other) {
delete[] ps;
ps = new char[strlen(other.ps) + 1];
strcpy(ps, other.ps);
}
return *this;
}
~myString() {
delete[] ps;
}
private:
char *ps;
};
int main() {
myString s1 = "abc";
myString s2 = s1;
myString s3;
s3 = s1;
return 0;
}
浅拷贝
myString(const myString &other){
ps = other.ps;//浅拷贝构造
}
myString & operator = (const myString &other){
ps = other.ps;
return *this;//赋值运算符重载(浅)
}
思考：为了节约内存空间，使用浅拷贝，如何解决“重析构”“内存泄漏”的问题？ 引用计数：增加一个计数器，记录当前指向同一块内存的次数，拷贝构造和赋值的时候: 计数+1，析构的时候: 计数-1 ，假如计数器==0，那么释放内存。 构造时：count = 1; 拷贝时：count++; 赋值时：count++; 析构时：
count--;
if(count == 0)
delete[] ps;class myString{
char *ps;
int count;//这样做不行
}class myString{
char *ps;
static int count;
}//这样做也不行正确做法：使用成员指针，计数器既有共通性，又有独立性。
class myString{
char +ps;
int *count;
}构造时，为count开辟空间，并赋值 = 1, 在count == 0时，和ps同时释放内存。
构造函数
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
class myString {
public:
myString(const char * pstr = NULL) {
if (!pstr)
ps = new char[1]{'\0'};
else {
ps = new char[strlen(pstr) + 1];
strcpy(ps, pstr);
}
count = new int(1); //构造时开辟空间并置为1
}
myString(const myString &other)
:ps(other.ps), count(other.count) {
(*count)++; //拷贝构造时 count + 1
}
myString &operator=(const myString &other) {//赋值运算符重载
if (this != &other) {
(*count)--; //本对象原来的计数器 -1
if (*count == 0) {
cout << "delete in = ." << endl;
delete[] ps;
delete count;
}
ps = other.ps;
count = other.count;
(*count)++;
}
return *this;
}
~myString() {
(*count)--; //析构时 count - 1
if (*count == 0) { //count为 0 释放内存
delete[] ps;
delete count;
cout << "delete!" << endl;
}
}
int get_count()const { return *count; }
private:
char *ps;
int *count;
};
int main() {
myString s1("abc");
myString s2 = s1; //拷贝构造
cout << s1.get_count() << endl; //2
myString s3("123");
myString s4 = s3;
cout << s3.get_count() << endl; //2
s3 = s2;
cout << s3.get_count() << endl; //3
cout << s4.get_count() << endl; //1
cout << "============" << endl;
return 0;
}
写时拷贝
写的时候才会去更改，读的时候不会更改
void reverse() {
if (*count > 1) { //除了自己外，还有人在用
//重新复制一份以后，再处理
(*count)--; //先把自己的计数去掉
count = new int(1); //重新开辟新的计数空间
char* tmp = ps; //保留原来的ps指针指向的位置
ps = new char[strlen(tmp) + 1];
strcpy(ps, tmp);
//此时，本对象已经复制了一份拷贝，并新开了计数器
}
int len = strlen(ps) - 1;
for (int i = 0; i < len / 2; i++) {
char c = ps[i];
ps[i] = ps[len - i];
ps[len - i] = c;
}
}SWAP 函数
函数重载，定义自己的SWAP的函数，交换指针
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
class myString {
public:
friend void swap(myString &a, myString &b);
myString(const char * pstr = NULL) {
if (!pstr) {
ps = new char[1];
ps[0] = '\0';
}
else {
ps = new char[strlen(pstr) + 1];
strcpy(ps, pstr);
}
cout << "Constructor: const char*" << endl;
}
myString(const myString &other) {
ps = new char[strlen(other.ps) + 1];
strcpy(ps, other.ps);
cout << "Constructor: copy" << endl;
}
myString &operator=(const myString &other) {
if (this != &other) {
delete[] ps;
ps = new char[strlen(other.ps) + 1];
strcpy(ps, other.ps);
}
cout << "operator = " << endl;
return *this;
}
~myString() {
delete[] ps;
cout << "Delete[]" << endl;
}
private:
char *ps;
};
void std_swap(myString &a, myString &b) {
myString tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
void swap(myString &a, myString &b) {
std::swap(a.ps, b.ps);
}
int main() {
myString s1 = "abc";
myString s2 = "124";
cout << "=============" << endl;
std::swap(s1, s2); //std::swap函数
cout << "=============" << endl;
std_swap(s1, s2); //模拟std::swap
cout << "=============" << endl;
//std::swap执行了深拷贝（拷贝构造和赋值运算符重载）
swap(s1, s2); //自己定义的swap函数，没有深拷贝
cout << "=============" << endl;
return 0;
}对象移动
拷贝构造生成临时量大量消耗资源，C++11对其进行了优化 移动语义是C++11的特性之一，利用移动语义可以实现对象的移动而非拷贝，在某些情况下，可以大幅度提升性能
移动概念：既然tmp马上要销毁，那么tmp指向的对内存资源是不是可以给别人？避免浪费
为了支持移动操作，引入“右值引用”。 右值引用：只能绑定到一个将要销毁的对象。因此：我们可以自由地将一个右值引用的资源“移动”到另外一个对象中。
左值持久，右值短暂。 由于右值引用只能绑定到临时对象： 1、所引用的对象将要被销毁； 2、该对象没有其他用户。 上面的2个特性意味着：使用右值引用的代码可以自由地接管所引用的对象的资源。 左值、右值，左值引用、右值引用 左右值鉴别最简单的办法：左值可以用取地址操作符”&“获取地址，右值无法使用”&“。
int i = 10;
int &r = i;// ok,标准的左值引用
int &&rr = i;//错误，不能讲一个右值引用绑定到一个左值上
// int &r2 = i *10;//错误，i * 10是个临时量，内置类型有const属性，所以必须是const int &r2 = i * 10;
const int &r2 = i * 10;
int &&r3 = i * 10;//ok，右值引用int x = 0;//对象实例，有名，x是左值
int* p = &++X;//可以取地址，++x是左值
++x = 10;//前置++返回的是左值，可以赋值
//p = &x++;//后置++操作返回一个临时对象，不能取地址或赋值，是右值，编译错误函数返回非引用类型时，是个临时量，所以是右值 注意：变量是左值，右值引用以后，相当于延长了临时量的生命周期，此时的临时量已经转换为左值了。 int && rr3 = i *10; int &&rr4 = rr3; //错误, rr3已经是左值了！！ 所以：引用（包括左值引用，右值引用）习惯上用在参数传递 和 函数返回值。
移动构造和移动赋值运算符重载
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <string>
#include <utility>
using namespace std;
class myString {
public:
myString(const char *str = nullptr); //构造
myString(const myString &other); //拷贝构造
myString(myString &&other); //移动构造
myString &operator=(const myString &other);//赋值运算符重载
myString &operator=(myString &&other); //移动赋值运算符重载
~myString() {
if(ps)
cout << ps << " --Destructor" << endl;
else
cout << "ps is NULL" << " --Destructor" << endl;
delete[] ps;
}
const char * c_str()const { return ps; }
private:
char *ps;
};
myString::myString(const char *str) {
if (str == nullptr) {
ps = new char[1]{ 0 };
cout << ps << " --Default constructor" << endl;
}
else {
int length = strlen(str);
ps = new char[length + 1];
strcpy(ps, str);
cout << ps << " --Str constructor" << endl;
}
}
myString::myString(const myString &other) {//拷贝构造
int length = strlen(other.ps);
ps = new char[length + 1];
strcpy(ps, other.ps);
cout << ps << " --Copy constructor" << endl;
}
myString::myString(myString &&other):ps(other.ps) { //移动构造
other.ps = nullptr;
cout << ps << " --Move constructor" << endl;
}
myString &myString::operator=(const myString &other) { //赋值运算符重载
if (this != &other) {
delete[] ps;
int length = strlen(other.ps);
ps = new char[length + 1];
strcpy(ps, other.ps);
}
cout << ps << " --Copy assignment" << endl;
return *this;
}
myString &myString::operator=(myString &&other) {//移动赋值运算符重载
if (this != &other) {
delete[] ps;
ps = other.ps;
other.ps = nullptr;
}
cout << ps << "--Move assignment" << endl;
return *this;
}
myString operator+(const myString &a, const myString &b) {
int length = strlen(a.c_str()) + strlen(b.c_str());
char * p = new char[length + 1];
strcpy(p, a.c_str());
strcat(p, b.c_str());
myString tmp(p);
delete[] p;
return tmp;
}
myString fun() {
myString tmp("allok");
return tmp;
}
int main() {
myString s1("abc");
myString s2("123");
myString s3 = s1; //拷贝构造
cout << "1====================" << endl;
myString s4(myString("ok"));
cout << "2====================" << endl;
myString s5 = s1 + s2;
// s1 + s2 是临时量(右值),调用移动构造给s4,马上析构
cout << "3====================" << endl;
myString s6 = fun();
// fun()返回值 是临时量(右值),调用移动构造给s6,马上析构
cout << "4====================" << endl;
myString s7 = std::move(s6); //std::move函数，#include <utility>
cout << (void*)s6.c_str() << endl; //s6中的资源ps=NULL了。
cout << "5====================" << endl;
return 0;
}std::move 显式调用，强制移动。int &&r = std::move(r1);//将左值转换为右值 调用move以后，对r1只能赋值或者销毁，r1中的内容不再有意义。
vector动态增长
vector类似动态数组，所以在内存中是一段连续的内存。
观察sizeof(vector<myString>) 、sizeof(vector<int>)、sizeof(vector<string>) 的大小，猜测vector的内存结构。
vector<myString> vs;
vs.size(); //此函数返回vector中的元素个数（已用空间数）
vs.capacity(); //此函数返回vector中的总空间个数
vs.reserve(n); //此函数预先分配一块指定大小为n个的内存空间。
添加元素时，如果vector空间大小不足，则会以原大小1.5倍重新分配一块较大新空间
// ConsoleApplication8.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <string>
#include <string.h>
using namespace std;
#pragma warning(disable:4996)
#define use_CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
vector<int> vs;
cout << "size=" << vs.size() << " capacity=" << vs.capacity() << endl;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
vs.push_back(i);
cout << "size=" << vs.size() << " capacity=" << vs.capacity() << endl;
}
cout << "====================" << endl;
vector<int> vs1;
vs1.reserve(4);
cout << "size=" << vs1.size() << " capacity=" << vs1.capacity() << endl;
for (int i = 0; i < 4; i++) {
vs1.push_back(i);
cout << "size=" << vs1.size() << " capacity=" << vs1.capacity() << endl;
cout << &vs1[0] << endl; //观察连续内存的起始地址
}
vs1.push_back(4);
cout << "size=" << vs1.size() << " capacity=" << vs1.capacity() << endl;
cout << &vs1[0] << endl; //观察连续内存的起始地址
system("pause");
return 0;
}
重新分配一块较大的新空间后，将原空间内容拷贝过来，在新空间的内容末尾添加元素，并释放原空间。也就是说vector的空间动态增加大小，并不是原空间之后的相邻地址增加新空间，因为vector的空间是线性连续分配的，不能保证原空间之后有供配置的空间
vector与移动
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <string>
#include <utility>
#include <vector>
using namespace std;
class myString {
public:
myString(const char *str = nullptr); //构造
myString(const myString &other); //拷贝构造
myString(myString &&other) noexcept; //移动构造
myString &operator=(const myString &other);//赋值运算符重载
myString &operator=(myString &&other) noexcept; //移动赋值运算符重载
~myString() {
if (ps)
cout << ps << " --Destructor" << endl;
else
cout << "ps is NULL" << " --Destructor" << endl;
delete[] ps;
}
const char * c_str()const { return ps; }
private:
char *ps;
};
myString::myString(const char *str) {
if (str == nullptr) {
ps = new char[1]{ 0 };
cout << ps << " --Default constructor" << endl;
}
else {
int length = strlen(str);
ps = new char[length + 1];
strcpy(ps, str);
cout << ps << " --Str constructor" << endl;
}
}
myString::myString(const myString &other) {//拷贝构造
int length = strlen(other.ps);
ps = new char[length + 1];
strcpy(ps, other.ps);
cout << ps << " --Copy constructor" << endl;
}
myString::myString(myString &&other) noexcept:ps(other.ps) { //移动构造
other.ps = nullptr; //要保证：移后源对象能正常析构
cout << ps << " --Move constructor" << endl;
}
myString &myString::operator=(const myString &other) { //赋值运算符重载
if (this != &other) {
delete[] ps;
int length = strlen(other.ps);
ps = new char[length + 1];
strcpy(ps, other.ps);
}
cout << ps << " --Copy assignment" << endl;
return *this;
}
myString &myString::operator=(myString &&other) noexcept {//移动赋值运算符重载
if (this != &other) {
delete[] ps;
ps = other.ps;
other.ps = nullptr;
}
cout << ps << "--Move assignment" << endl;
return *this;
}
myString operator+(const myString &a, const myString &b) {
int length = strlen(a.c_str()) + strlen(b.c_str());
char * p = new char[length + 1];
strcpy(p, a.c_str());
strcat(p, b.c_str());
myString tmp(p);
delete[] p;
return tmp;
}
myString fun() {
myString tmp("allok");
return tmp;
}
//myString 实现了普通构造，拷贝构造，赋值运算符重载，析构
// 并且实现了 移动构造，移动赋值运算符重载
void fun1(vector<myString> &vs) {
vs.push_back(myString("abc"));
//do something...
}
vector<myString> fun2() {
vector<myString> vs;
vs.push_back(myString("123"));
//do something...
return vs;
}
int main() {
//没有引入移动语义时，习惯这样用：
//先准备好 vector, 然后用引用作为参数传递给函数
vector<myString> vs1;
fun1(vs1);
cout << "==========================" << endl;
//引入移动语义以后，这样写也非常ok
vector<myString> vs2 = fun2();
cout << "==========================" << endl;
return 0;
}自己编写的移动函数，最好加上noexcept。 vector保证：在调用push_back时发生异常，vector自身不会发生改变。 push_back可能会要求vector重新分配新内存，然后将元素对象从旧内存移动或者拷贝到新内存中。 假如使用拷贝，那么拷贝到一半的时候出现异常的话，由于旧内存的所有内容都还在，所以vector可以很容易恢复到原始状态。 假如使用移动，那么移动到一半的时候出现异常的话，旧空间的部分元素已经被改变了，而新空间中未构造的元素还不存在，此时vector将不能满足自身保持不变的要求。 为了避免这样的情况发生，除非vector知道元素类型的移动函数不会抛出异常，否则在重新分配内存的时候会使用拷贝构造而不是移动构造。 所以，通常将移动构造函数和移动赋值运算符重载标记为 noexcept。
class myString{
myString(myString &&other) noexcept;//移动构造
}
myString::myString(myString &&other) noexcept:ps(other.ps){
other.ps = nullptr;
}合成的移动函数： 1.自己没有定义拷贝构造、赋值运算符重载和析构函数； 2.类中所有非static数据成员都可移动时；同时满足上面两个条件，编译器会合成默认的移动函数。 移后源对象必须可析构； 移动右值，拷贝左值； 拷贝参数：const T& other 移动参数： T&& other 如果没有移动函数，右值也会被拷贝； std::move 使用move可大幅提高性能，但是要小心使用 move操作，要绝对确认移后源对象没有其他用户。 为了效率，实现移动函数。比如自己写一个String类。
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原始发表：2018.12.18 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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