【C++】C++11 ——— 类的新功能

news2024/11/18 14:32:37

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上一篇博客：【C++】STL详解（九）—— set、map、multiset、multimap的介绍及使用

文章目录

  • 类的新功能
    • 默认成员函数
    • 类成员变量初始化
    • 强制生成默认函数的关键字default
    • 禁止生成默认函数的关键字delete
    • 继承和多态中final与override关键字
  • 总结：

类的新功能

默认成员函数

八个默认成员函数

在C++11之前，一个类中有如下六个默认成员函数：

构造函数。
析构函数。
拷贝构造函数。
拷贝赋值函数。
取地址重载函数。
const取地址重载函数。

其中前四个成员函数最重要，后面两个成员函数一般不会用到，这里“默认”的意思就是你不写编译器会自动生成。在C++11标准中又增加了两个默认成员函数，分别是移动构造函数和移动赋值重载函数。

默认移动构造和移动赋值的生成条件

C++11中新增的移动构造函数和移动赋值函数的生成条件如下：

移动构造函数的生成条件：没有自己实现移动构造函数，并且没有自己实现析构函数、拷贝构造函数和拷贝赋值函数。
移动赋值重载函数的生成条件：没有自己实现移动赋值重载函数，并且没有自己实现析构函数、拷贝构造函数和拷贝赋值函数。

也就是说，移动构造和移动赋值的生成条件与之前六个默认成员函数不同，并不是单纯的没有实现移动构造和移动赋值编译器就会默认生成。

特别注意： 如果我们自己实现了移动构造或者移动赋值，就算没有实现拷贝构造和拷贝赋值，编译器也不会生成默认的拷贝构造和拷贝赋值。

默认生成的移动构造和移动赋值会做什么？

默认生成的移动构造函数：对于内置类型的成员会完成值拷贝（浅拷贝），对于自定义类型的成员，如果该成员实现了移动构造就调用它的移动构造，否则就调用它的拷贝构造。
默认生成的移动赋值重载函数：对于内置类型的成员会完成值拷贝（浅拷贝），对于自定义类型的成员，如果该成员实现了移动赋值就调用它的移动赋值，否则就调用它的拷贝赋值。

验证默认生成的移动构造和移动赋值所做的工作

要验证默认生成的移动构造和移动赋值确实做了上述工作，这里需要模拟实现一个简化版的string类，类当中只编写了几个我们需要用到的成员函数。

代码如下：

namespace sherry
{
	class string
	{
	public:
		//构造函数
		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str); //初始时，字符串大小设置为字符串长度
			_capacity = _size; //初始时，字符串容量设置为字符串长度
			_str = new char[_capacity + 1]; //为存储字符串开辟空间（多开一个用于存放'\0'）
			strcpy(_str, str); //将C字符串拷贝到已开好的空间
		}
		//交换两个对象的数据
		void swap(string& s)
		{
			//调用库里的swap
			::swap(_str, s._str); //交换两个对象的C字符串
			::swap(_size, s._size); //交换两个对象的大小
			::swap(_capacity, s._capacity); //交换两个对象的容量
		}
		//拷贝构造函数（现代写法）
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;

			string tmp(s._str); //调用构造函数，构造出一个C字符串为s._str的对象
			swap(tmp); //交换这两个对象
		}
		//移动构造
		string(string&& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			cout << "string(string&& s) -- 移动构造" << endl;
			swap(s);
		}
		//拷贝赋值函数（现代写法）
		string& operator=(const string& s)
		{
			cout << "string& operator=(const string& s) -- 深拷贝" << endl;

			string tmp(s); //用s拷贝构造出对象tmp
			swap(tmp); //交换这两个对象
			return *this; //返回左值（支持连续赋值）
		}
		//移动赋值
		string& operator=(string&& s)
		{
			cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动赋值" << endl;
			swap(s);
			return *this;
		}
		//析构函数
		~string()
		{
			//delete[] _str;  //释放_str指向的空间
			_str = nullptr; //及时置空，防止非法访问
			_size = 0;      //大小置0
			_capacity = 0;  //容量置0
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
}

然后再编写一个简单的Person类，Person类中的成员name的类型就是我们模拟实现的string类。

代码如下：

class Person
{
public:
	//构造函数
	Person(const char* name = "", int age = 0)
		:_name(name)
		, _age(age)
	{}
	//拷贝构造函数
	Person(const Person& p)
		:_name(p._name)
		, _age(p._age)
	{}
	//拷贝赋值函数
	Person& operator=(const Person& p)
	{
		if (this != &p)
		{
			_name = p._name;
			_age = p._age;
		}
		return *this;
	}
	//析构函数
	~Person()
	{}
private:
	cl::string _name; //姓名
	int _age;         //年龄
};

虽然Person类当中没有实现移动构造和移动赋值，但拷贝构造、拷贝赋值和析构函数Person类都实现了，因此Person类中不会生成默认的移动构造和移动赋值，可以通过下面的代码来验证：

int main()
{
	Person s1("张三", 21);
	Person s2 = std::move(s1); //想要调用Person默认生成的移动构造

	return 0;
}

上述代码中用一个右值去构造s2对象，但由于Person类没有生成默认的移动构造函数，因此这里会调用Person的拷贝构造函数（拷贝构造既能接收左值也能接收右值），这时在Person的拷贝构造函数中就会调用string的拷贝构造函数对name成员进行深拷贝。

如果要让Person类生成默认的移动构造函数，就必须将Person类中的拷贝构造、拷贝赋值和析构函数全部注释掉，这时用右值去构造s2对象时就会调用Person默认生成的移动构造函数。

Person默认生成的移动构造，对于内置类型成员age会进行值拷贝，而对于自定义类型成员name，因为我们的string类实现了移动构造函数，因此它会调用string的移动构造函数进行资源的转移。
而如果我们将string类当中的移动构造函数注释掉，那么Person默认生成的移动构造函数，就会调用string类中的拷贝构造函数对name成员进行深拷贝。

要验证Person类中默认生成的移动赋值函数可以用下面的代码，验证方式和上面验证移动构造的方式是一样的。

int main()
{
	Person s1("张三", 21);
	Person s2;
	s2 = std::move(s1); //想要调用Person默认生成的移动赋值

	return 0;
}

说明一下：

我们在模拟实现的string类的拷贝构造、拷贝赋值、移动构造和移动赋值函数中都打印了一条提示语句，因此可以通过控制台输出判断是否调用了对应的函数。
由于VS2013没有完全支持C++11，因此上述代码无法在VS2013当中验证，需要使用更新一点的编译器进行验证，比如VS2019。

类成员变量初始化

默认生成的构造函数，对于自定义类型的成员会调用其构造函数进行初始化，但并不会对内置类型的成员进行处理。于是C++11支持非静态成员变量在声明时进行初始化赋值，默认生成的构造函数会使用这些缺省值对成员进行初始化。比如：

class Person
{
public:
	//...
private:
	//非静态成员变量，可以在成员声明时给缺省值
	cl::string _name = "张三"; //姓名
	int _age = 20;             //年龄
	static int _n; //静态成员变量不能给缺省值
};

注意： 这里不是初始化，而是给声明的成员变量一个缺省值。

强制生成默认函数的关键字default

C++11可以让我们更好的控制要使用的默认成员函数，假设在某些情况下我们需要使用某个默认成员函数，但是因为某些原因导致无法生成这个默认成员函数，这时可以使用default关键字强制生成某个默认成员函数。

例如，下面的Person类中实现了拷贝构造函数：

class Person
{
public:
	//拷贝构造函数
	Person(const Person& p)
		:_name(p._name)
		, _age(p._age)
	{}
private:
	cl::string _name; //姓名
	int _age;         //年龄
};

这时如下代码就无法编译成功了，因为Person类中编写了拷贝构造函数，导致无法生成默认的构造函数，因为默认构造函数生成的条件是没有编写任意类型的构造函数，包括拷贝构造函数。

int main()
{
	Person s; //没有合适的默认构造函数可用

	return 0;
}

这时我们就可以使用default关键字强制生成默认的构造函数，如下：

class Person
{
public:
	Person() = default; //强制生成默认构造函数

	//拷贝构造函数
	Person(const Person& p)
		:_name(p._name)
		, _age(p._age)
	{}
private:
	cl::string _name; //姓名
	int _age;         //年龄
};

说明一下： 默认成员函数都可以用default关键字强制生成，包括移动构造和移动赋值。

禁止生成默认函数的关键字delete

当我们想要限制某些默认函数生成时，可以通过如下两种方式：

在C++98中，可以将该函数设置成私有，并且只用声明不用定义，这样当外部调用该函数时就会报错。
在C++11中，可以在该函数声明后面加上=delete，表示让编译器不生成该函数的默认版本，我们将=delete修饰的函数称为删除函数。

例如，要让一个类不能被拷贝，可以用=delete修饰将该类的拷贝构造和拷贝赋值。

class CopyBan
{
public:
	CopyBan()
	{}
private:
	CopyBan(const CopyBan&) = delete;
	CopyBan& operator=(const CopyBan&) = delete;
};

说明一下： 被=delete修饰的函数可以设置为公有，也可以设置为私有，效果都一样。

继承和多态中final与override关键字

final修饰类

被final修饰的类叫做最终类，最终类无法被继承。比如：

class NonInherit final //被final修饰，该类不能再被继承
{
	//...
};

final修饰虚函数

final修饰虚函数，表示该虚函数不能再被重写，如果子类继承后重写了该虚函数则编译报错。比如：

//父类
class Person
{
public:
	virtual void Print() final //被final修饰，该虚函数不能再被重写
	{
		cout << "hello Person" << endl;
	}
};
//子类
class Student : public Person
{
public:
	virtual void Print() //重写，编译报错
	{
		cout << "hello Student" << endl;
	}
};

override修饰虚函数

override修饰子类的虚函数，检查子类是否重写了父类的某个虚函数，如果没有没有重写则编译报错。比如：

//父类
class Person
{
public:
	virtual void Print()
	{
		cout << "hello Person" << endl;
	}
};
//子类
class Student : public Person
{
public:
	virtual void Print() override //检查子类是否重写了父类的某个虚函数
	{
		cout << "hello Student" << endl;
	}
};

总结：

今天我们学习了C++11中类的新功能，了解了一些有关的底层原理。接下来，我们将继续进行C++11的学习。希望我的文章和讲解能对大家的学习提供一些帮助。

当然，本文仍有许多不足之处，欢迎各位小伙伴们随时私信交流、批评指正！我们下期见~

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