【C++】类和对象（中）--上篇

s-little-monster

发布于 2024-07-09 08:33:37

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发布于 2024-07-09 08:33:37

文章被收录于专栏：乐意学点小编程

一、类的六个默认成员函数

如果有个类中什么成员都没有，那么被称为空类

由编译器自动生成的成员函数称为默认成员函数

空类中会自动生成六个默认成员函数，这六个默认成员函数在每个类中都会自动生成

①初始化功能的构造函数 ②清理功能的析构函数 ③使用同类对象初始化创建对象的拷贝构造 ④把一个对象赋值给另一个对象的赋值重载 ⑤对普通对象取地址重载 ⑥对const对象取地址重载

这六个默认成员函数主要将操作对象分为内置类型和自定义类型，对二者有不同的操作

二、构造函数

1、构造函数基本概念

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，以保证每个成员都要初始化，并且在对象整个生命周期内只调用一次

2、构造函数的特性

构造函数是特殊的成员函数，主要任务就是初始化对象（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 （4）可以重载

class Date
{
public:
	//无参构造函数
	Date()
	{}
	//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;
};

无参调用不用加括号：

//无参调用
Date d1;
//有参调用
Date d2(2024,6,22);

（5）如果类中没有显式定义构造函数，则编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，如果有显式定义，编译器将不再生成

class Date
{
public:
	//无参构造函数
	Date()
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

由编译器自己生成：

编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，初始化给的是随机值（6）行文至此有人会觉得编译器给的无参的默认构造函数很垃圾，初始化给的是随机值，没有什么意义，他对于自定义类型来说是有很大的意义的，它可以调用自定义类型的默认构造函数

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time()" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

内置成员变量在类中声明时可以给默认值

class Date
{
private:
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

（7）无参的构造函数、全缺省的构造函数、不写而编译器自动生成的构造函数都叫默认构造函数

全缺省：

class Date
{
public:
	Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

三、析构函数

1、析构函数的概念

析构函数是与构造函数功能相反的一个函数，对象在销毁时会自动调用析构函数，完成资源清理

2、特性

（1）析构函数名是在类名前加上字符~ （2）无参数无返回类型（3）一个类只能有一个析构函数，未显式定义则自动生成（4）生命周期结束时自动调用

构造函数+析构函数改造栈：

class Stack
{
public://公共访问，但在类中可以访问private的内容，只是在类外不能直接访问
	Stack(size_t newcapacity = 4)//缺省
	{
		int* tmp = (int*)realloc(a, sizeof(int) * newcapacity);
		if (tmp == nullptr)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		a = tmp;
		capacity = newcapacity;
		top = 0;
	}
	void Push(int x)
	{
		a[top++] = x;
	}
	void Pop()
	{
		top--;
	}
	int Top()
	{
		return a[top - 1];
	}
	bool Empty()
	{
		return top == 0;
	}
	~Stack()
	{
		free(a);
		a = nullptr;
		capacity = top = 0;
	}
	//自己写的析构函数，在程序执行的最后执行
private://隐私访问
	int* a;
	int top;
	int capacity;
};

编译器自动生成的析构函数不能对内置类型进行资源回收，但可以调用自定义类型的析构函数

class Time
{
public:
	~Time()
	{
		cout << "~Time()" << endl;
	}//Time的析构函数
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
private:
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;

	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

因为d中包含着四个成员变量，除了_year _month _day 外还有一个Time类，内置类型成员在销毁时不被资源清理，但自定义类型需要调用析构函数回收，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，编译器默认生成析构函数的可以对自定义成员Time调用它的析构函数，即当Date销毁时，Time也会销毁

如果类中没有申请资源时，也就是没有在堆上申请空间时，析构函数可以不写，直接使用编译器生成的默认析构函数，有申请资源的话一定要写，防止资源泄露

四、拷贝构造函数

1、拷贝构造函数的概念

只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用（一般用const修饰），在用已存在的类类型对象创建对象时，由编译器自动调用

2、特征

（1）拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式（2）拷贝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，原因是会引发无穷递归调用

传引用调用：

class Date
{
public:
	Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	Date(const Date& d)
	//函数名与析构函数一样，都是类名，所以拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式
	{
		_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;
}

传值调用：

我们知道传值调用形参会开辟一块空间，成为实参的临时拷贝，这样会创建一个Date，因为类会自动调用里面的六个默认成员函数，拷贝构造函数也是其中之一，这样一来，又会创建一个Date，以此类推，无限循环（3）若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数，这个默认的拷贝构造函数是值拷贝

在编译器生成的默认拷贝函数中，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

class Time
{
public:
	Time()
	{
		_hour = 1;
		_minute = 1;
		_second = 1;
	}
	Time(const Time& t)
	{
		_hour = t._hour;
		_minute = t._minute;
		_second = t._second;
		cout << "Time(const Time & t)" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{
public:
	Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time t;
};

int main()
{
	Date d1;
	Date d2(d1);//这里是用已有的d1拷贝构造d2
	return 0;
}

（4）编译器默认生成的拷贝构造函数可以拷贝像Date类这样的类，但对于某些类来说我们要显式定义

class Stack
{
public:
	Stack(size_t newcapacity = 4)
	{
		int* tmp = (int*)realloc(a, sizeof(int) * newcapacity);
		if (tmp == nullptr)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(-1);
		}
		a = tmp;
		capacity = newcapacity;
		top = 0;
	}
	void Push(int x)
	{
		a[top++] = x;
	}
	void Pop()
	{
		top--;
	}
	int Top()
	{
		return a[top - 1];
	}
	bool Empty()
	{
		return top == 0;
	}
	~Stack()
	{
		free(a);
		a = nullptr;
		capacity = top = 0;
	}
private:
	int* a;
	int top;
	int capacity;
};

int main()
{
	Stack s1;
	s1.Push(1);
	s1.Push(2);
	Stack s2(s1);
	return 0;
}

该程序中没有显式定义拷贝构造函数吗，是调用的编译器自动生成的拷贝构造函数

在执行析构函数的时候出现了错误，这里的原因是数组a已经被释放了，再次释放产生错误

因为编译器自动生成的拷贝构造函数是值拷贝，所以在生成s2时，s2中的指针a指向的数组与s1中的指针指向的数组相同，在程序结束时，调用析构函数释放了s2，对应的这块数组空间也被释放，然后调用析构函数释放s1，已经被释放的空间不能被再次释放，所以出现了这样的错误，所以我们需要自己显式定义一个拷贝构造函数

深拷贝：

Stack(const Stack& s)
{
	cout << "Stack(const Stack& s)" << endl;
	int* a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
	if (a == nullptr)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	memcpy(a, s.a, sizeof(int) * s.top);
	top = s.top;
	capacity = s.capacity;
}

（5）拷贝构造函数的使用场景：

已存在的对象建立新对象

函数参数为类类型对象

函数返回值为类类型对象

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
	{
		cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;
	}
	Date(const Date & d)
	{ 
		cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;
	}
	~Date()
	{
		cout << "~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;
}

因为我所使用的编译器为VS2022，是一种新的编译器，会对程序有一定的优化我们来分析一下，如果编译器不优化，打印出的结果是什么 ①创建d1类，调用构造函数，打印"Date(int,int,int):"和d1的地址

②以d1拷贝构造形参d，调用拷贝构造函数，打印"Date(const Date& d):"和d的地址

③以d拷贝构造形参temp，调用拷贝构造函数，打印"Date(const Date& d):"和temp的地址（这一步在编译器中被优化）

④返回temp时，会拷贝一份构造临时对象返回，调用拷贝构造函数，打印"Date(const Date& d):"和临时对象的地址

⑤依次调用递归函数销毁temp（这一步在编译器中被优化），d，临时对象，d1