一个面试题引发的思考——类的特种成员函数

程序员的园

发布于 2024-07-18 13:36:31

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发布于 2024-07-18 13:36:31

之前问面试者“定义一个空类，并声明该类的多个对象，为什么对象间可以相互赋值？”本意是希望面试者能够回答编译期默认生成的构造函数、拷贝构造函数和拷贝赋值运算符函数。但是并没有回答到点子上。进一步引导到，“类的特种成员函数有哪些？”，也没有回答上来。有可能是我没有问清楚，也有可能是面试者由于紧张懵住了。今天刚好拿出这个问题来讨论下。

类的特种成员函数

关于特种成员函数，C++11前有四个：默认构造函数、析构函数、拷贝构造函数、拷贝赋值运算符。C++11开始新增了移动赋值运算符和移动构造函数，即C++11起存在6个特种成员函数。

这些成员函数只有在代码中用到且没有声明时才会生成默认，即没有用到则不会生成。（见示例代码1）
关于默认构造函数：当类中不存在构造函数时，才会生成默认构造函数。（见示例代码1）
生成的默认函数时inline、非虚且为public访问级别，继承自父类的虚析构除外。（见示例代码1）
移动构造和移动赋值会针对其非静态的成员（含基类部分）执行移动构造和移动赋值，但是移动构造和移动赋值只是移动请求；针对不可移型别将执行对应的拷贝动作。
拷贝构造函数和拷贝赋值运算符的生成相互独立，两者并无影响。（见示例代码2）
移动构造和移动赋值相互影响，声明了其中一个就会阻止编译器生成另一个。声明移动构造会抑制移动赋值的生成；声明移动赋值运算符函数会抑制移动构造函数的生成。
声明移动操作，则会阻止生成拷贝操作；声明拷贝操作，则会阻止生成移动操作（见示例代码3）

//////////////////  示例代码1 begin /////////////////////
#include<iostream>

class NullClass {};

void test_null()
{
  NullClass a, b;

  a = b;
  NullClass c = a;

  NullClass d = std::move(a);
  d = std::move(b);
}

//编译器生成的函数如下
class NullClass
{
  public: 
  // inline constexpr NullClass() noexcept = default;
  // inline constexpr NullClass(const NullClass &) noexcept = default;
  // inline constexpr NullClass(NullClass &&) noexcept = default;
  // inline NullClass & operator=(const NullClass &) noexcept = default;
  // inline NullClass & operator=(NullClass &&) noexcept = default;
};
////////////////////  示例代码1 end /////////////////////

//////////////////  示例代码2 begin /////////////////////
class CopyClass {
public:
  CopyClass()=default;
  CopyClass(const CopyClass& rhs){}
};

void test_copy()
{
  CopyClass a, b;

  a = b;
  CopyClass c = a;

  CopyClass d = std::move(a);
  d = std::move(b);
}
//编译器生成的函数如下：
class CopyClass
{
  
  public: 
  inline constexpr CopyClass() noexcept = default;
  inline CopyClass(const CopyClass & rhs){
  }
  
  // inline CopyClass & operator=(const CopyClass &) noexcept = default;
};
////////////////////  示例代码2 end /////////////////////


//////////////////  示例代码3 begin /////////////////////
class MoveClass {
public:
  MoveClass()=default;
  MoveClass(const MoveClass&& rhs){}
};

void test_move()
{
  MoveClass a, b;

  //a = b;//声明移动操作，禁止了拷贝赋值
  //MoveClass c = a;/声明移动操作，禁止了拷贝构造

  MoveClass d = std::move(a);
  //d = std::move(b);/声明移动构造，禁止了移动赋值
}
//编译器生成的函数如下：
class MoveClass
{
  
  public: 
  inline constexpr MoveClass() noexcept = default;
  inline MoveClass(const MoveClass && rhs){
  }
  
  // inline constexpr MoveClass(const MoveClass &) /* noexcept */ = delete;
  // inline MoveClass & operator=(const MoveClass &) /* noexcept */ = delete;
};

////////////////////  示例代码3 end /////////////////////

Rule of Three

Rule of Three讲，如果类声明了拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、析构函数中的任何一个，就得同时声明这三个。默认理解为声明这三个中的一个必定涉及到了资源管理，所以默认的拷贝操作也就不再适宜，所以均需要用户自定义。

C++11 标准指出，存在拷贝操作或析构函数的条件下，仍然自动生成拷贝操作是废弃行为（见如下示例代码）。虽然当前的编译器仍然支持自动生成另一个拷贝操作，但强烈建议遵守大三律，程序员同时显示声明这三个函数。

class CopyClass {
public:
  CopyClass() = default;
  ~CopyClass()=default;
  CopyClass(const CopyClass& rhs) {}
};

void test_copy()
{
  CopyClass a, b;

  a = b;
  CopyClass c = a;

  CopyClass d = std::move(a);
  d = std::move(b);
}
//编译器生成的函数如下：
class CopyClass
{
  
  public: 
  inline constexpr CopyClass() noexcept = default;
  inline ~CopyClass() /* noexcept */ = default;
  inline CopyClass(const CopyClass & rhs){
  }
  
  // inline constexpr CopyClass & operator=(const CopyClass &) noexcept = default;
};

Rule of Five

Rule of Five讲，如果类声明了拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、析构函数、移动构造函数、移动赋值运算符中的任何一个，就得同时声明这五个。结合Rule of Three很容易理解。

如果声明了拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、析构函数中的任何一个，必须同时声明这三个。

如果声明了移动操作中的一个则会抑制另一个的生成，因此，需要同时声明他们两个。

如果声明了拷贝操作则会抑制移动操作的生成，所以声明了拷贝操作，则必须声明移动操作。反之亦然。

同时生成这五个函数的代码示例如下：

class CopyFive {
public:
  CopyFive() = default;
  ~CopyFive()=default;
  CopyFive(const CopyFive& rhs) =default;
  CopyFive(CopyFive&& rhs) = default;

  CopyFive& operator=(const CopyFive& rhs) = default;
  CopyFive& operator=(CopyFive&& rhs) = default;
};

总结

本文结合C++特种成员函数的生成限制，讲解了Rule of Three和Rule of Five，建议我们都遵守Rule of Five，同时声明这5个函数。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自微信公众号。

原始发表：2024-05-23，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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