C++ 类和对象·其一

还是简单的说一下：

class为定义类的关键字，Stack为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后⾯分号不能省
略。类体中内容称为类的成员：类中的变量称为类的属性或成员变量; 类中的函数称为类的⽅法或
者成员函数。

为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识，如成员变量前⾯或者后⾯加_ 或者 m
开头，但要注意C++中这个并不是强制的。

C++中struct也可以定义类，C++兼容C中struct的⽤法，同时struct升级成了类，明显的变化是
struct中可以定义函数，⼀般情况下我们还是推荐⽤class定义类。

定义在类⾯的成员函数默认为inline。

访问限定符：

C++⼀种实现封装的⽅式，⽤类将对象的属性与⽅法结合在⼀块，让对象更加完善，通过访问权限
选择性的将其接⼝提供给外部的⽤⼾使⽤。

public修饰的成员在类外可以直接被访问；protected和private修饰的成员在类外不能直接被访
问。

访问权限作⽤域从该访问限定符出现的位置开始直到下⼀个访问限定符出现时为⽌，如果后⾯没有
访问限定符，作⽤域就到 }即类结束。

class定义成员没有被访问限定符修饰时默认为private，struct默认为public。

⼀般成员变量都会被限制为private/protected，需要给别⼈使⽤的成员函数会放为public。  

实例化

概念

⽤类、类型在物理内存中创建对象的过程，称为类实例化对象。

类是对象进⾏⼀种抽象描述，他限定了类有哪些成员变量，但这些成员变量只是声明，没有分配空间，只有在实例化之后，才会对他进行空间的分配。

可以这样简单理解：类如同图纸，只有概念没有实体，而实例化时将图纸上的设计给实现，将房间造出来里面可以存放物品或者住人（占⽤实际的物理空间，存储类成员变量）。一个图纸可以造多个房间，⼀个类可以实例化出多个对象。

对象大小

类实例化出的每个对象，都有独⽴的数据空间，所以对象中肯定包含成员变量，但是没有成员函数。这里函数被编译后是⼀段指令，对象中没办法存储，不过可以存成员函数指针。

但是由于实例化对象后存储指针的话，每一次实例化对象都要存储一个相同的函数指针，这样的做法是对资源的浪费，正常也不需要这样做。

再加上函数指针是⼀个地址，调⽤函数被编译成汇编指令[call 地址]，在编译器在编译链接时会去找这个地址，也不需要我们去找这个指针，但也有特殊情况（多态动态时要储存地址）

内存对齐规则        

第一个成员在与结构体偏移量为 0 的地址处。

VS 中默认的对齐数为 8。

对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值。（该成员大小为int（4），那么对齐数就是4。）

其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。（初始空间大小为2，放入一个int型时，需要先填充2大小空间，再将int放入，总空间大小为8，为对齐数4的整数倍。）

结构体总大小为：最大对齐数（所有变量类型最大者与默认对齐参数取最小）的整数倍。

如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

下面这三个类实例化后大小是多少？

#include<iostream>
using namespace std;
// 计算⼀下A/B/C实例化的对象是多⼤？
class A
{
public:
void Print()
{
cout << _ch << endl;
}
private:
char _ch;
int _i;
};
class B
{
public:
void Print()
{
//...
}
};
class C
{};
int main()
{
A a;
B b;
C c;
cout << sizeof(a) << endl;
cout << sizeof(b) << endl;
cout << sizeof(c) << endl;
return 0;
}

A对象显示char类型对齐数为1，在0位置处占据了1空间，但后面加入的int类型占据大小为4，对齐数为4，直接加进去空间大小为5，不满足int对齐数为4的要求，所以我们在两个类型的空间大小之间填充三个空白空间，来满足int的对齐规则。

至于B和C，由于上面说过，成员函数不开空间，所有这两一个只有成员函数，一个是全空，所以是不是0？但是如果一点空间都不给，如何表示这个对象的存在？所有编译器会象征性给他1空间大小，表示这个对象的存在。

this指针

怕是：this指针是形参，存储于栈里面

Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调⽤Init和
Print函数时，该函数是如何知道应该访问的是d1对象还是d2对象呢？那么这⾥就要看到C++给了
⼀个隐含的this指针解决这⾥的问题

类的成员函数中访问成员变量，本质都是通过this指针访问的，如Init函数中给_year赋值， this-
>_year = year;

Date* conts this

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
// void Init(Date* const this, int year, int month, int day)
void Init(int year, int month, int day)
{
// 编译报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值
// this = nullptr;
// this->_year = year;
_year = year;
this->_month = month;
this->_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
// 这⾥只是声明，没有开空间
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
// Date类实例化出对象d1和d2
Date d1;
Date d2;
// d1.Init(&d1, 2024, 3, 31);
d1.Init(2024, 3, 31);
d1.Print();
d2.Init(2024, 7, 5);
d2.Print();
return 0;
}

void Init(int year, int month, int day)和void Print()在C++里，在非静态的成员函数里，应该是被写成：void Init(Date* const this，int year, int month, int day)和void Print(Date* const this)。

在我们实例化对象传值时，编译器会暗中传对于对象&d1和&d2的地址过去。这样编译器就知道谁是谁调用的对象了。

要注意的时，形参和实参里都不能明写this，但是在函数体内可以直接使用

const在星之前，修饰的是指向对象，在星之后修饰的是指针本身。

void Init(Date* const this, int year, int month, int day)

类的默认成员函数

默认成员函数就是用户没有显式实现，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 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太重要。

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。

无资源申请类、自定义类型，类调用其他类的默认函数（如下面例子中MyQueue的构造函数调⽤了Stack的构造，在空间可以不写）不需生成默认构造函数

默认成员函数很重要，也比较复杂，我们要了解：

1.我们要了解我们不写时，编译器默认生成的函数行为是什么，是否满足我们的需

2.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？

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贝构造函数，也就是说拷贝构造是⼀个特殊的构造函数。

1. 拷贝构造函数是构造函数的⼀个重载。

class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// 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”
//Date(Date d)会变成无穷拷贝构造递归
//下面相当于是别名，没有形成拷贝构造递归
Date(const Date& d)//第一个必须为自身类型，或者加上有缺省或默认值
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};int main() {Date d1（2025, 8, 9）;d1.Print;Date d2(d1);//拷贝d1初始化d2.Print;
}

2. 拷贝构造函数的第⼀个参数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。 拷贝构造函数也可以多个参数，但是第⼀个参数必须是类类型对象的引用，后面的参数必须有缺省值。
3. C++规定⾃定义类型对象进⾏拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这⾥⾃定义类型传值传参和传值返回都会调⽤拷贝构造完成。

 
4. 若未显式定义拷贝构造，编译器会自动生成拷贝构造函数。自动生成的拷贝构造造对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷贝)，对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷贝构
造。（析构和构造函数不管内置类型）

class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//拷贝函数
Date(const Date& d){
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};void Func1(Date d)
{
cout << &d << endl;
d.Print();//在这里跳入拷贝函数
}int main() {Date d1（2025, 8, 9）;d1.Print;Func1(d1);//传参时会调用一次拷贝构造，才能继续完成传参，本质为两次函数调用//注意，拷贝传参的开销很大，尤其是在内存存储多的时候，拷贝一次开销花费多，这时候我们哈斯用回引用比较好，不想修改值用const
}

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贝构造就可以完成需要的拷贝，所以不需要需要我们显式实现拷贝构造。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贝构造完成的值拷贝 / 浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝（对指向的资源也进行拷贝）。

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贝构造会调用 Stack 的拷贝构造，也不需要我们         显式实现 MyQueue 的拷贝构造。这里还有一个小技巧，如果一个类显式实现了析构并释放资源，那么它就需要显式写拷贝构造，否则就不需要。

#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}Stack(const Stack& st)//深拷贝
{
// 需要对_a指向资源创建同样⼤的资源再拷⻉值
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);//再拷贝一个值
_top = st._top;
_capacity = st._capacity;
}void Push(STDataType x)
{
if (_top == _capacity)
{
int newcapacity = _capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity *
sizeof(STDataType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
_a = tmp;
_capacity = newcapacity;
}
_a[_top++] = x;
}~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};int main()
{
Stack st1;
st1.Push(1);
st1.Push(2);
// Stack不显⽰实现拷⻉构造，⽤⾃动⽣成的拷⻉构造完成浅拷⻉
// 会导致st1和st2⾥⾯的_a指针指向同⼀块资源，析构时会析构两次，程序崩溃
Stack st2 = st1;
MyQueue mq1;
// MyQueue⾃动⽣成的拷⻉构造，会⾃动调⽤Stack拷⻉构造完成pushst/popst的拷⻉，只要Stack拷⻉构造⾃⼰实现了深拷⻉，他就没问题
MyQueue mq2 = mq1;
return 0;
}

Stack不显示实现拷贝构造，用自动生成的拷贝构造完成浅拷贝， 会导致st1和st2里面的_a指针指向同⼀块资源，析构时会析构两次，程序崩溃

6.传值返回会产生一个临时对象调用拷贝构造，传引用返回，返回的是返回对象的别名（引用），没有产生拷贝。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贝，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。

构造函数

构造函数是一种特殊的成员变量，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

特点：

1.函数名与类型相同

2.无返回值（void也没有）

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

#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;
}
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
// ...
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
//编译器默认⽣成MyQueue的构造函数调⽤了Stack的构造，完成了两个成员的初始化
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
MyQueue mq;
return 0;
}

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，一旦用户显式定义编译器将不再生成

6.关于无参构造函数、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。

要注意默认构造函数不只是编译器默认生成那个叫默认构造，实际上无参构造函数、全缺省构造函数也是默认构造，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，这个看编译器不同有的有有的没有。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。（初始化列表和C++11后面学）

ps：默认构造函数最好是自己实现，除了像当一个类包含另一个有默认构造函数的类的对象作为成员时，会自动生成默认构造函数。构造函数与析构函数不会生成内置类型的默认构造

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。使用析构函数要在类名前加上符号~。

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。

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（有资源申请的类必有析构）。
4. 对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数（当有多个对象实例，按照顺序后定义的优先调用析构）。
5. 跟构造函数类似，我们不写析构函数，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（但有资源申请就一定有析构），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，如下面代码中的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，如下面代码中Stack。
8. ⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的对象的先进行析构。

#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
~Stack()//析构函数
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);//释放空间
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
//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
// 显⽰写析构，也会⾃动调⽤Stack的析构
/*~MyQueue()
{}*/
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
Stack st;
MyQueue mq;
return 0;
}

 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殊名字的函数，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。

bool operator<(){Date d1,Date d2}//小于比较

bool operator==(){Date d1,Date d2}//等于比较

int main()
{
Date d1();
Date d2();
operator==(d1, d2);
d1 == d2;//两种调用方法
return 0;
}

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，以此类推。

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;//年月日依次比较
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
//bool operator==(const Date& d2)
//{
//return _year == d2_year
//&& _month == d2._month
//&& _day == d2._day;
//}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 重载为全局的⾯临对象访问私有成员变量的问题
// 有⼏种⽅法可以解决：
// 1、成员私有直接变放公有
// 2、Date提供getxxx函数间接调用
// 3、友元函数
// 4、重载为成员函数
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(2024, 7, 5);
Date d2(2024, 7, 6);
// 运算符重载函数可以显⽰调⽤
operator==(d1, d2);
// 编译器会转换成 operator==(d1, d2);
//d1.operator==(d2);//全局函数找不到会自动去成员函数里找对于对象调用
d1 == d2;
return 0;
}

不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符：比如operator@。

.*    ::    sizeof   ?:   .  注意以上5个运算符不能重载

重载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。

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。

class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;//年月日依次比较}Date(const Date& d){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;cout << "拷贝构造函数被调用" << endl;}Date& operator=(const Date& d)  // 传值返回会生成一个拷贝，消耗额外空间。返回引用，支持连续赋值{_year = d._year;    _month = d._month;_day = d._day;cout << "赋值运算符被调用" << endl;return *this;  // 返回当前对象的引用}private:int _year;int _month;int _day;
};int main() {Date d1(2024, 7, 5);Date d2(2024, 7, 6);d1 = d2;//赋值重载拷贝//拷贝构造Date d3(d1);Date d4 = d2;//初始化行为，优先构造再拷贝（拷贝构造）
}//构造函数是完成初始化，对象的创建在栈帧里

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（非必须）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拷⻉构造函数类似，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赋值重载函数。

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。