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深度解析类和对象（2）

news 2025/11/17 8:50:07

紧接上文深度解析类和对象（1）

类和对象

1.类的默认成员函数

默认成员函数就是用户没有显示实现，编译器会自动生成的成员函数称为默认成员函数。
在一个类中，当我们什么都不写的情况下编译器会默认生成下面介绍的6个成员函数，其中需要注意的是前4个，最后两个取地址重载相对来说不那么重要，只需要稍微了解一下即可。其次就是，C++11标准中还新增了两个默认成员函数：移动构造和移动赋值，这个在稍后一些会有相关讲解。
其中，默认成员函数是很重要也很复杂的，我们主要需要从下面两个方面进行学习：

第一：当我们不写时，编译器默认生成的函数行为是什么，是否能够满足我们的需求？
第二：编译器默认生成的函数不满足我们的需求时，我们需要自己实现，那么我们自己如何实现？

2.构造函数

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（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。
构造函数的特点：

函数名与类名相同
无返回值（返回值什么都不需要给，也不需要写void，读者可能会有些疑惑，但不必太过纠结，C++规定如此）
对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数
构造函数可以重载
如果类中没有显示定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个午餐的默认构造函数，一旦用户显式定义编译器将不再生成
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。（要注意很多同学会认为默认构造函数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）
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，也就是说初始化是否是不确定的，取决于编译器。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，则编译报错。我们要初始化这个成员变量，需要用初始化列表才能解决，初始化列表在后面会提到。
注意：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原生数据类型，如：int/char/double/指针等，自定义类型就是我们使用class/struct等关键字自己定义的类型。

结合下面的代码和上面的特点我们可以更好的理解构造函数的特点：

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（和无参或带参不能同时存在，会构成歧义）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()
{Date d1;//自动调用Date()无参构造函数，无需加()d1.Print();// 1/1/1Date d2(2025, 9, 25);//调用带参构造函数d2.Print();return 0;
}

3.析构函数

析构函数与构造函数的功能相反，析构函数不是完成对象本身的销毁，比如局部对象是存在栈帧的，函数结束栈帧销毁，他就释放，不需要我们管，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。析构函数的功能类比我们之前Stack实现的Destroy功能，而像Date没有Destroy，其实就是没有资源需要释放，所以严格说Date是不需要析构函数的。
析构函数的特性：

析构函数名是在类名前加上字符~
无参数返回值（这里跟构造类似，也不需要加void）
一个类只能由一个析构函数。若未显示定义，系统会自动生成默认的析构函数
对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数
跟构造函数类似，我们不写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
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。
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，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；但是有资源申请时，一定要自己写析构函数用来释放资源，如Stack。

注意：析构函数的顺序是先定义的函数先析构。

class Stack
{
public:Stack(int n = 4){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (nullptr == _a){return;}_capacity = n;_top = 0;}//析构函数~Stack(){free(_a);_a = nullptr;_capacity = 0;_top = 0;}
private:STDataType* _a;int _top;int _capacity;
};

4.拷贝构造

拷贝构造是一种特殊的构造函数。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。
拷贝构造的特点：

拷贝构造函数是构造函数的一个重载。
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会直接报错，因为语法逻辑上会引发无穷递归调用。如果还有参数，则必须存在默认值，保证拷贝函数再调用时，可以正常使用且只有一个实参。
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。
若未显式定义拷贝构造，编译器会生成自动生成拷贝构造函数。自动生成的拷贝构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。（这里与构造函数和析构函数有所区别，前两者对内置类型成员变量不做处理，这里会完成拷贝）
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，所以不需要我们显示实现拷贝构造。像Stack这样的，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)。如果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，也不需要我们显示实现拷贝构造。（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拷贝构造, 否则就不需要）
传值返回会产生一个临时对象调用拷贝构造，传值引用返回，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。

拷贝构造的实例：

class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}void Print(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;}//拷贝构造Date(const Date& d)//必须要有&（引用），否则因为传值传参要先调用拷贝构造，造成无穷递归{//加上const是为了保证形参不会被改变_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};

深拷贝构造：

class Stack
{
public://成员函数void Init(int n = 4){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (nullptr == _a){return;}_capacity = n;_top = 0;}//深拷贝拷贝构造Stack(const Stack& st){//需要对_a指向资源创建大小相同的资源再开呗值_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);if (nullptr == _a){perror("申请空间失败");return;}memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);_top = st._top;_capacity = st._capacity;}
private:STDataType* _a;int _top;int _capacity;
};

以上面的Date类为例：

void Func(Date d)
{cout << &d << endl;d.Print();
}
int main()
{Date d1(2024, 7, 12);d1.Print();//C++规定，传值传参要调用拷贝构造Func(d1);//这里先调用拷贝构造，然后再传给Func函数Date d2(d1);//拷贝构造//也可以写成Date d2 = d1; 这种形式也调用拷贝构造d2.Print();
}

5.赋值运算符重载

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++规定类类型对像使用运算符时：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。
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。
如果一个重载运算符函数是成员函数，则它的第一个运算对象默认传给隐式的this指针。因此运算符重载作为成员函数时，参数比运算对象少一个。

运算符重载以后, 其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持一致。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@。
注：(.*) (::) (sizeof) (?:) (.) 以上五个运算符不能重载。
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。
tips：重载++运算符时，有前置++和后置++，运算符重载函数名都是operator++，无法很好的区分。C++规定：后置++重载时, 增加一个int形参，跟前置++构成函数重载，方便区分。
重载 << 和 >> 时，需要重载为全局函数。因为重载为成员函数，this指针默认抢占了第一个形参位置，第一个形参位置是左侧运算对象，调用时就变成了对象 << cout，不符合使用习惯和可读性。重载为全局函数把ostream / istream放到第一个形参位置就可以了，第二个形参位置当类类型对象。

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之间的拷贝赋值，这里要注意跟拷贝构造区分，拷贝构造用于一个对象拷贝初始化给另一个要创建的对象。
赋值运算符重载的特点:

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写成const当前类类型引用，否则会传值传参会有拷贝。
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。
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贝构造函数类似，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赋值重载。

6.取地址运算符重载

6.1 const成员函数

将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后面。const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。
const修饰Date类的Print成员函数，Print隐含的this指针由 Date* const this 变为 const Date* const this。
如果对函数的形参使用const修饰，则表示该形参在函数体内不能被修改。（只要对成员对象不修改，都建议加const）
例如：int add(Date& d); 可以改为：int add(Date& d) const;