【C++】类与对象（中）

一、类的默认成员函数

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。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，编译器会自动生成的成员函数称为默认成员函数。

class Date{};//空类

二、构造函数

1.概念

对于以下Dtae类：

#include<iostream>
using namespace std;

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, 7, 5);
	d1.Print();
	Date d2;
	d2.Init(2022, 7, 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.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。

其特征如下：

1.函数名与类名相同。

2.无返回值。

3.对象实例化时编译器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()
	{}
	// 2.带参构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void TestDate()
{
	Date d1; // 调用无参构造函数
	Date d2(2023, 11, 21); // 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，否则就成了函数声明
	// 以下代码的函数：声明了d3函数，该函数无参，返回一个日期类型的对象
	// 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();
}

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。

class Date
{
	public:
		/*
		// 如果用户显式定义了构造函数，编译器将不再生成
		Date(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()
	{
		// 将Date类中构造函数屏蔽后，代码可以通过编译，因为编译器生成了一个无参的默认构造函数
		// 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
		Date d1;
		return 0;
}

6.关于编译器生成的默认成员函数，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？

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，看看下面的程序，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。

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time()" << endl;
		_hour = 0;
		_minute = 0;
		_second = 0;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

7.无参的构造函数和全缺省函数都被称为默认构造函数，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。

class Date
{
public:
	Date()
	{
		_year = 1900;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
void Test()
{
	Date d1;
}

三、析构函数

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.特性

析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：

1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。

2. 无参数无返回值类型。

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。注意：析构函数不能重载

4. 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。

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)
	{
		// CheckCapacity();
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}
	// 其他方法...
	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = NULL;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};
void TestStack()
{
	Stack s;
	s.Push(1);
	s.Push(2);
}

5.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:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

6.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类。

四、拷贝构造函数

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），在用已经存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。

2.特征

拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：

1.拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。

2.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。

3.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
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d1;

	// 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数
	// 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构造函数
	Date d2(d1);
	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。

4. 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？当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢？验证一下试试？

// 这里会发现下面的程序会崩溃掉？这里就需要我们以后讲的深拷贝去解决。
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)
	{
		// CheckCapacity();
		_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;
}

注意：类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否都可以；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。

5.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。

五、赋值运算符重载

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。

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：

1. 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@

2. 重载操作符必须有一个类类型参数

3. 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

4. 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

5. （.* :: sizeof ?: . ）注意以上5个运算符不能重载。

2.赋值运算符重载

1.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

2.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

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。

3.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。

3.前置++和后置++重载

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// 前置++：返回+1之后的结果
	// 注意：this指向的对象函数结束后不会销毁，故以引用方式返回提高效率
	Date& operator++()
	{
		_day += 1;
		return *this;
	}
	// 后置++：
	// 前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++形成能正确重载
	// 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
		// 注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存一份，
		然后给this + 1
		// 而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用
		Date operator++(int)
	{
		Date temp(*this);
		_day += 1;
		return temp;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d;
	Date d1(2022, 1, 13);
	d = d1++; // d: 2022,1,13 d1:2022,1,14
	d = ++d1; // d: 2022,1,15 d1:2022,1,15
	return 0;
}

六、const成员

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。

来看看下面代码：

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; // 年
	int _month; // 月
	int _day; // 日
};
void Test()
{
	Date d1(2022, 1, 13);
	d1.Print();
	const Date d2(2022, 1, 13);
	d2.Print();
}

注意：

1.const对象不可以调用非const成员函数。

2.非const对象可以调用const成员函数。

3.const成员函数内可以调用其他的非const成员函数。

4.非const成员函数内可以调用其他的const成员函数。

这些规则都是为了确保对象的const性质不被破坏，即保证对象的地址不会改变以及对象的状态不会被修改。

七、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&()
	{
		return this;
	}

	const Date* operator&()const
	{
		return this;
	}
private:
	int _year; // 年
	int _month; // 月
	int _day; // 日
};

这两个运算符一般不用重载，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！