1. 类的6个默认成员函数
在上一章我们提到如果一个类中什么成员都没有,简称为空类 。
而且空类的大小为1个字节,那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,编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。
这里的显示实现是如果用户在一个工程中用代码写出来的都叫显示实现。
2. 对象的初始化和清理
- 生活中我们买的电子产品都基本会有出厂设置,在某一天我们不用时候也会删除一些自己信息数据保证安全
- C++中的面向对象来源于生活,每个对象也都会有初始设置以及 对象销毁前的清理数据的设置。
对象的初始化和清理也是两个非常重要的安全问题
? 一个对象或者变量没有初始状态,对其使用后果是未知
? 同样的使用完一个对象或变量,没有及时清理,也会造成一定的安全问题
c++利用了构造函数和析构函数解决上述问题,这两个函数将会被编译器自动调用,完成对象初始化和清理工作。
对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情,因此如果我们不提供构造和析构,编译器会提供
2.1构造函数
2.1.1概念
构造函数:主要作用在于创建对象时为对象的成员属性赋值,构造函数由编译器自动调用,无须手动调用。
这究竟是怎么一回事呢?
我们来看这样的一个例子:对于以下Date类
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;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Init(2022, 10, 5);
d1.Print();
Date d2;
d2.Init(2022, 10, 6);
d2.Print();
return 0;
}
对于Date类,可以通过 Init 公有方法给对象设置日期,但如果每次创建对象时都调用该方法设置 信息,未免有点麻烦,那能否在对象创建时,就将信息设置进去呢?
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
2.1.2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。
造函数语法:类名(){}
其特征如下:
- 构造函数,没有返回值也不写void
- 函数名称与类名相同
- 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数 ,无须手动调用,而且只会调用一次
- 构造函数可以有参数,因此可以发生重载
上面的date类就可以写下面的样子
class Date
{
public:
Date()
{}
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void TestDate()
{
Date d1;
Date d2(2015, 1, 1);
Date d3();
}
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。
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
return 0;
}
上述代码如果将Date类中构造函数放开,代码编译失败,因为一旦显式定义任何构造函数,编译器将不再生成
无参构造函数,放开后报错:error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可用,这是为什么呢?
解释上面的为什么其实我相信大部分朋友都知道,就是因为我们上面自己定义的构造函数是需要传参数的,
但我想说的是这里的默认构造函数又是什么意思呢?
- 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,都可以认为 是默认构造函数。 (用一句话就是“不传参数可以调用的构造函数,就叫默认构造函数”)
问题来了,为什么默认构造只能有一个呢?
原因也很简单,我们在学函数重载的时候就提过,无参的和全缺省的函数重载虽然语法上是正确的,
但是在调用的时候可能会出现二义性
我们来看构造最后的一个特性,我们提过如果不写构造函数,编译器会默认给我们生成一个构造函数
那看下面代码
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month<<"-"<<_day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d;
d.Print();
return 0;
}
不是说编译器会帮我们生成默认的构造函数吗?怎么还是随机值呢?
我们再来看一段代码
class Time
{
public:
Time()
{
cout << "Time()" << endl;
_hour = 0;
_minute = 0;
_second = 0;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month<<"-"<<_day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
d.Print();
return 0;
}
为什么我创建Date的类编译器会自动调用time类的构造函数呢?
这就是构造函数的最后一个特性(也是C++中的一个大坑,很多朋友都弄不清楚)
- 关于编译器生成的默认成员函数,很多朋友会有疑惑: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又没什么用?d对象调用了编译器生成的默 认构造函数,但是d对象_year/_month/_day,依旧是随机值。也就说在这里编译器生成的 默认构造函数并没有什么用??
解答: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 上面的程序,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。 (编译器对内置类型不处理,自定义类型会调用它的默认构造)
因为C++对内置类型不处理,从而让很多C++的初学者刚开始都在这个地方困惑了许久,
也让许多人吐槽过,至于为什么后来没有改这个机制,理由也很简单,C++是向前兼容的
像之前那个NULL那样,只会打补丁加了个关键字nullptr,一般不会修改以前的机制,
同样后来这个机制也打了不少补丁
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。
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month<<"-"<<_day << endl;
}
private:
int _year=0;
int _month=0;
int _day=0;
};
int main()
{
Date d;
d.Print();
return 0;
}
2.2析构函数
2.2.1概念
通过前面构造函数的学习,我们知道一个对象是怎么来的,那一个对象又是怎么没的呢? 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。
2.2.2特性
析构函数是特殊的成员函数,其特征如下:
析构函数语法: ~类名(){}
- 析构函数,没有返回值也不写void
- 函数名称与类名相同,在名称前加上符号 ~
- 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 - 对象生命周期结束时会自动调用析构,无须手动调用,而且只会调用一次
比如我们看下面的一段代码:一个栈的类,我们定义了一个析构函数,通过调试来看编译器是否帮我们进行了调用
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 3)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (NULL == _array)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(DataType data)
{
_array[_size] = data;
_size++;
}
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = NULL;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType* _array;
int _capacity;
int _size;
};
int main()
{
Stack s;
s.Push(1);
s.Push(2);
return 0;
}
事实证明,编译器确实会帮我们在对象生命周期结束时自动调用析构函数。
- 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()" << endl;
}
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;
}
- 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(栈)类。
3. 拷贝构造函数
3.1 概念
在现实生活中,可能存在一个与你一样的自己,我们称其为双胞胎
那在创建对象时,可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢?
拷贝构造函数: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。
3.2 特征
拷贝构造函数也是特殊的成员函数,其特征如下:
- 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
- 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,
因为会引发无穷递归调用。
class Date
{
public:
Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(const Date& d)
{
_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;
}
函数传值传参,本质上就是实参的一份拷贝,这时候是会调用拷贝构造函数,比如下面的例子就可以验证
class Date
{
public:
Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(const Date& d)
{
cout << "Date(const Date& d)" << endl;
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void DateTest1(Date d1)
{
}
void DateTest2(Date& d)
{
}
int main()
{
Date d1;
DateTest1(d1);
DateTest2(d1);
return 0;
}
运行结果证明传值的方式是会调用拷贝构造的,所以如果拷贝构造函数使用传值的方式,则会无穷调用自己本身。
- 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。
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::Time(const Time&)" << endl;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
private:
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
Time _t;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2(d1);
d2.Print();
return 0;
}
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。
- 编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了,还需要自己显式实现吗?
像日期类这样的类当然是没必要的,那么所有类都不需要吗?
显然不是,比如还是我们之前stack(栈)类
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 10)
{
_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_size = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(const DataType& data)
{
_array[_size] = data;
_size++;
}
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = nullptr;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType* _array;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
int main()
{
Stack s1;
s1.Push(1);
s1.Push(2);
s1.Push(3);
s1.Push(4);
Stack s2(s1);
return 0;
}
其实本质上还是因为编译器默认生成的拷贝构造只是完成值拷贝,这就会导致两个栈都指向了同一块空间,而但它们结束生命周期后会调用析构函数,同一个空间释放了两次,自然就报错了。
总结: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(如果属性有在堆区开辟的,一定要自己提供拷贝构造函数,防止浅拷贝带来的问题)。
深浅拷贝是面试经典问题,也是常见的一个坑
浅拷贝:简单的赋值拷贝操作
深拷贝:在堆区重新申请空间,进行拷贝操作
- 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
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。
4.赋值运算符重载
4.1 运算符重载
运算符重载概念:对已有的运算符重新进行定义,赋予其另一种功能,以适应不同的数据类型
为什么需要运算符重载呢?
因为编译器只提供了内置类型的基本运算,自定义类型如上面我们一直在用的日期类型,编译器是没有说给自定义类型提供
日期加减,赋值等等的功能,这就需要我们自己用函数实现,但是用函数进行调用的话,又显得可读性并没有像内置类型那么高,
所以就出现了一些运算符重载,让程序看起来更好理解。
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
- 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。这个经常在笔试选择题中出现。
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
return d1._year == d2._year
&& d1._month == d2._month
&& d1._day == d2._day;
}
int main()
{
Date d1(2022, 10, 15);
Date d2(2022, 10, 15);
cout << (d1 == d2) << endl;
cout << operator==(d1, d2) << endl;
return 0;
}
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
bool operator==(const Date& d)
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
4.2 赋值运算符重载
- 赋值运算符重载格式
参数类型:const T&,传递引用可以提高传参效率 返回值类型:T&,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
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date& operator=(const Date&d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
return *this;
}
void Print()
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2022, 10, 15);
Date d2;
d2 = d1;
d2.operator=(d1);
d3 = d2 = d1;
d2.Print();
d3.Print();
return 0;
}
- 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
例如:下面的程序就会出错
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
Date& operator=(Date& left, const Date& right)
{
if (&left != &right)
{
left._year = right._year;
left._month = right._month;
left._day = right._day;
}
return left;
}
int main()
{
Date d1(2022, 10, 15);
Date d2;
d2 = d2;
return 0;
}
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。
所以说,其实编译器会自动帮我们默认生成一个赋值运算符重载
思考
日期类其实可以不用自己实现赋值运算符也可以,想想为什么?
说明是不是所有的类都不需要自己写赋值,让编译器默认生成就够用了呢?
赋值重载跟拷贝构造可以一起类比参考,默认生成的赋值重载跟拷贝构造一样是对内置类型处理,
自定义类型调用它的赋值重载,日期类不需要自己实现是因为编译器默认生成的已经
满足了,但stack(栈)类呢?显然要自己实现!下面来证明一下
- 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。
class Time
{
public:
Time()
{
_hour = 1;
_minute = 1;
_second = 1;
}
Time& operator=(const Time& t)
{
cout << "Time& operator=(const Time& t)" << endl;
if (this != &t)
{
_hour = t._hour;
_minute = t._minute;
_second = t._second;
}
return *this;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, 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(2022,10.15);
Date d2;
d2 = d1;
return 0;
}
既然编译器生成的默认赋值运算符重载函数已经可以完成字节序的值拷贝了,还需要自己实 现吗?当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢?不写试试?
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 10)
{
_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_size = 0;
_capacity = capacity;
}
void Push(const DataType& data)
{
_array[_size] = data;
_size++;
}
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = nullptr;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType *_array;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
int main()
{
Stack s1;
s1.Push(1);
s1.Push(2);
s1.Push(3);
s1.Push(4);
Stack s2;
s2 = s1;
return 0;
}
注意:如果类中未涉及到资源管理,赋值运算符是否实现都可以;一旦涉及到资源管理则必 须要实现。
4.3 前置++和后置++重载
既然运算符可以重载,而且后置++,和前置++,并没有在5个禁止重载的符号中,那么在实现前置和后置的时候怎么区别呢?
operator++() 这个代码前置还是后置++呢?
C++规定:后置++重载时多增加一个int类型的参数,但调用函数时该参数不用传递,编译器 自动传递
operator++() 一律表示前置++
operator++(int) 一律表示后置++(int用来区分和前置的区别,从而构成了函数重载,且编译器规定是int,不能是其他)
class Date
{
public:
Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date& operator++()
{
_day += 1;
return *this;
}
Date operator++(int)
{
Date temp(*this);
_day += 1;
return temp;
}
void Print()
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2022, 10, 15);
Date d2(d1);
d1.Print();
(d1++).Print();
d2.Print();
(++d2).Print();
return 0;
}
5.const修饰成员函数
将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数,const修饰类成员函数,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。
常函数:
- 成员函数后加const后我们称为这个函数为常函数
- 常函数内不可以修改成员属性
常对象:
- 声明对象前加const称该对象为常对象
- 常对象只能调用常函数
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << "Print()" << endl;
cout << "year:" << _year << endl;
cout << "month:" << _month << endl;
cout << "day:" << _day << endl << endl;
}
void Print() const
{
cout << "Print()const" << endl;
cout << "year:" << _year << endl;
cout << "month:" << _month << endl;
cout << "day:" << _day << endl << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2022, 10, 15);
d1.Print();
const Date d2(2022, 10, 16);
d2.Print();
}
6.取地址及const取地址操作符重载
这两个默认成员函数一般不用重新定义 ,编译器默认会生成。
class Date
{
public:
Date* operator&()
{
cout << "Date* operator&()" << endl;
return this;
}
const Date* operator&()const
{
cout << "const Date* operator&()const" << endl;
return this;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
cout << &d1 << endl;
const Date d2;
cout << &d2 << endl;
return 0;
}
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!
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