【C++入门】拷贝构造运算符重载

news2024/9/25 3:20:33

目录

 1. 拷贝构造函数

 1.1 概念

 1.2 特征

 1.3 常用场景

 2. 赋值运算符重载

2.1 运算符重载

 2.2 特征

 2.3 赋值运算符

前言

        拷贝构造和运算符重载是面向对象编程中至关重要的部分，它们C++编程中的一个核心领域，本期我详细的介绍拷贝构造和运算符重载。

在这里插入图片描述

 1. 拷贝构造函数

    为什么要有拷贝构造？

        首先肯定是有需求才会产生，在C语言中，使用内置类型时，时常会有这样的场景：使用一个已经存在的变量赋值给新变量（也就是一种拷贝），把一个变量的值拷贝给另一个变量。那么在C++中我们也会遇到，在实例化对象时也需要将一个对象的数据拷贝给另一个对象的场景，拷贝构造函数是为了方便自定义类型的数据拷贝而设计的。

 1.1 概念

        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)，用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。

 1.2 特征

        拷贝构造函数也是特殊的成员函数

 特征：

  • 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 = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	//Date(const Date d)// 错误写法：编译报错，会引发无穷递归
	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;
}

        在传值调用中，形参是实参的拷贝，在d1传给函数里的d时会调用拷贝构造（把d1拷贝给d，Date d（d1）），d1拷贝给调用函数体的d继续调用拷贝构造……这样就形成了无限递归。

  •  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。浅拷贝在一些场景中并不适用，比如：

自定义类型：栈

class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 3)
	{
		cout << "Stack(size_t capacity = 3)" << endl;

		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
		if (nullptr == _a)
		{
			perror("malloc申请空间失败!!!");
		}

		_capacity = capacity;
		_top = 0;
	}
	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;

		free(_a);
		_capacity = _top = 0;
		_a = nullptr;
	}

private:
	int* _a;
	int _capacity;
	int _top;
};
void fun1(Stack st)
{
    //…
}
int main()
{
	
	Stack st1;
	fun(st1);


	return 0;
}

这个代码在运行时就会报错。

         函数调用时是传值调用，形参是实参的拷贝，所以fun函数里的st和main函数里的st1指定的是同一块空间

 在fun执行结束时，st就会销毁，调用析构会将st中的_a指向的空间销毁

 main函数结束时，st1也会调用析构函数销毁_a指向的空间

 但是这块空间已经被销毁，再去销毁就会造成内存重复释放。

 所以必要时我们还需要进行深拷贝（自己实现）

Stack(const Stack& stt)
	{
		cout << "Stack(Stack& stt)" << endl;
		// 深拷贝
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * stt._capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		memcpy(_a, stt._a, sizeof(int) * stt._top);
		_top = stt._top;
		_capacity = stt._capacity;
	}

        深拷贝是重新开一块空间存放实参中_a指向空间的数据，在销毁时也是释放各自的空间，不会造成同块空间被重复释放的情况。

 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

 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
 义类型调用其拷贝构造函数完成拷贝

 1.3 常用场景

  • 使用已存在对象创建新对象
int main()
{
	Date d1(2023,11,11);
	Date d2(d1);
	return 0;
}
  • 函数返回值类型为类类型对象
Date Test(Date d)
{
Date tmp(d);
return tmp;//返回时有一次拷贝
}
  • 函数参数类型为类类型对象
void fun1(Stack st)//传值时有一次拷贝
{
    //…
}

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。

 2. 赋值运算符重载

2.1 运算符重载

     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

 2.2 特征

 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)

  • 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
  • .* 、::（域作用限定符） 、sizeof 、?  :（三目运算符） 、‘ .（点）’、 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。

 2.3 赋值运算符

  介绍完基本特征，我们来试着用一下，以日期类为例：

class Date
{

private:

	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

        日期类的内部数据类型都是内置类型，这里的析构函数、构造函数、拷贝构造都可以不写（编译器默认生成），我们在写运算符重载时是在类的里边还是外边？

        其实都是可以的，但为了保证封装性，最好还是将运算符重载写到类里，（要想访问需要把类的成员变量置为public，正常情况下，类的成员变量都是私有的，在类外部无法访问）并且在调用时也很不方便。

 以赋值运算符为例：

class Date
{
public:

Date& operator=(const Date& d)
{
if(this != &d)
   {
      _year = d._year;
      _month = d._month;
      _day = d._day;
   }
   
    return *this;
}

private:

	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

 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

 赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数

class Date
{
public:
	
	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;
}
// 编译失败：
// error C2801: “operator =”必须是非静态成员

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。

 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

 同样，编译器默认生成的赋值运算符，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

 但是编译器的默认生成的并不能满足某些场景（如栈）：

 在栈的赋值运算符重载时需要进行深拷贝，如果不深拷贝就会造成与拷贝构造一样的结果，空间被重复释放。

class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 6)
	{
		cout << "Stack(size_t capacity = 3)" << endl;

		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
		if (nullptr == _a)
		{
			perror("malloc申请空间失败!!!");
		}

		_capacity = capacity;
		_top = 0;
	}

	void Push(const int& data)
	{
		// CheckCapacity();
		_a[_top] = data;
		_top++;
	}
   Stack(const Stack& stt)
	{
		cout << "	Stack(Stack& stt)" << endl;
		// 深拷贝
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * stt._capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
		memcpy(_a, stt._a, sizeof(int) * stt._top);
		_top = stt._top;
		_capacity = stt._capacity;
	}
		

	~Stack()
	{
		cout << "~Stack()" << endl;

		free(_a);
		_capacity = _top = 0;
		_a = nullptr;
	}
	Stack& operator=(const Stack& s)
	{
		cout << "operator=(const Stack& s)" << endl;
		if (this != &s) // 检查自我赋值
		{
			free(_a);//清理原有数据
			// 深拷贝
			_a = (int*)malloc(sizeof(int) * s._capacity);
			if (_a == nullptr)
			{
				perror("malloc fail");
				exit(-1);
			}
			memcpy(_a, s._a, sizeof(int) * s._top);
			_top = s._top;
			_capacity = s._capacity;
		}

		return *this;
	}

private:
	int* _a;
	int _capacity;
	int _top;
};

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

总结

         拷贝构造函数和运算符重载是 C++ 中重要的语言特性，掌握它们对于理解和设计复杂的程序非常重要。好了以上便是本期全部内容，最后，感谢阅读！

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