C++笔记---类和对象（中）

1. 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以下6个默认成员函数，分别为：构造函数，析构函数，拷贝构造函数，赋值运算符重载，const成员函数，取地址及const取地址操作符重载。

这些函数确保了一个类作为一种变量类型应有的基本属性，虽然这些函数仅由编译器默认生成时，大概率无法满足我们的需求。

自然，我们可以自己来设计这些函数，使其代替编译器生成的版本来工作。

那么，这些函数的作用是什么？编译器生成的默认成员函数有什么样的行为？什么时候需要我们自己来设计这些函数呢？

这些就是我们接下来要探讨的问题。

2. 构造函数

简单来说，构造函数并不是构造一个对象，而是初始化一个对象。

在对象进行实例化时，构造函数会自动被调用，对对象进行初始化。

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函数。

构造函数的特点：

1. 函数名与类名相同。

2. 无返回值。(返回值啥都不需要给，也不需要写void，不要纠结，C++规定如此)

3. 对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。

class Stack
{
public:
	//构造函数
	Stack(int n = 4)
	{
		if (_data != NULL)
			return;

		_data = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (_data == NULL)
		{
			perror("Init_malloc fail");
			return;
		}
		_top = 0;
		_capacity = n;
	}
	
private:
	int* _data;
	int _top;
	int _capacity;
};

4. 构造函数可以重载。

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. 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。要注意很多人会认为默认构造函数是编译器默认认成那个叫默认构造，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。

class Date
{
	//函数名和类名相同，无返回值，实例化对象时自动调用
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;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

构造函数传入参数的方式是：在定义对象时，在对象后加上括号，在括号中像函数传参一样传入参数。当不需要传入参数时，不能加上空括号，否则会与函数的定义混淆。

Date day1;
// 不能写 Date day1(); 因为无法与定义函数区分
Date day2(2024, 7, 28);

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，看编译器。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，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，我们之后再细细讲解。

第7点中提到的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。

上面的Date类的成员变量就全部是内置类型，而下面的用栈来实现的队列则包含了自定义类型，即栈类。

// 两个Stack实现队列
 
class MyQueue
{
public:
 
private:
    Stack pushst;
    Stack popst;
};

两个栈类在实例化时自动调用了栈的构造函数，实现了栈的初始化进而实现了MyQueue的初始化。

3. 析构函数

析构函数与构造函数功能相对应，构造函数完成对象实例化时的初始化工作，析构函数完成对象销毁时的善后工作。简单来说，构造函数完成Init函数的工作，析构函数完成Destroy函数的工作。

值得注意的是，析构函数完成的并非销毁对象本身，对象本身随栈帧的销毁而销毁。

在对象的生命周期结束时，析构函数被自动调用，完成对象中资源的清理释放工作，也就是释放掉动态申请的空间等。

构造函数的特点：

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（无参数，无法构成重载）。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。

4. 对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数。

class Stack
{
public:
	//析构函数
	~Stack()
	{
		free(_data);
		_data = nullptr;
		_top = 0;
		_capacity = 0;
	}

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

5. 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自己的析构函数。

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，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Stack。

7. 一个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。

4. 拷贝构造函数

顾名思义，就是将以另一个同类对象作为拷贝模板来进行对象的初始化。

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。

拷贝构造函数的特点：

1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载。

2. 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。

3. 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，因为语法逻辑上会引发无穷递归调用。

class Stack
{
public:
	//拷贝构造
	Stack(const Stack& st)
	{
		_data = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		if (_data == nullptr)
		{
			perror("Stack malloc fail");
			return;
		}
		memcpy(_data, st._data, sizeof(int) * st._top);
		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}
	
private:
	int* _data;
	int _top;
	int _capacity;
};

众所周知，函数在进行调用时，形参是实参的一个拷贝（引用除外）。

如果实参的类型为某个类类型，当该类有拷贝构造函数时，会调用拷贝构造函数来实现实参到形参的拷贝。

回到第二点，我们假设某个类的拷贝构造函数采用的是传值调用，而我们正在用该拷贝构造函数初始化一个对象。

那么，我们将经历以下过程：

(1)拷贝构造函数被调用；

(2)将实参(被拷贝对象)拷贝给形参；

(3)被拷贝的参数为某个类类型，需要调用该类的拷贝构造函数；

(4)回到(1)。

相信在CSDN上看文章学习的都是很有实力的大佬，应该能轻易理解上面的过程，这里就不画图详细解释了。

总之，拷贝构造函数如果采用传值调用会出现很大的问题，语法上要求采用传引用调用，否则会直接报错。

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。

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，所以不需要我们显示实现拷贝构造。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，也不需要我们显示实现 MyQueue的拷贝构造。

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。

拷贝构造函数的调用有两种方式：

Stack st1;
Stack st2(st1);
Stack st3 = st1;

注意，这里的两种写法效果是完全相同的。

5. 运算符重载

运算符重载与函数重载同理，即在参数（作用对象）不同时，呈现出不同的意义。

当运算符被作用于类类型的对象时，C++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。

例如日期类中“==”的重载：

// ==运算符重载
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
	if (d1._year == d2._year && d1._month == d2._month && d1._day == d2._day)
		return true;
	else
		return false;
}

int main()
{
    Date d1(2004, 12, 18);
    Date d2(2024, 8, 4);

    // d1 == d2相当于operator==(d1, d2)
    if(d1 == d2)
        cout << "d1 == d2" << endl;
    else
        cout << "d1 != d2" << endl;

    return 0;
}

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
bool Date::operator==(const Date& d)
{
	if (_year == d._year && _month == d._month && _day == d._day)
		return true;
	else
		return false;
}

运算符重构的特点：

1. 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。

2. 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@。

3. .* :: sizeof ?: . 以上5个运算符不能重载。(选择题里面常考，大家要记一下

4. 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： operator+(int x, int y) int

5. 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，用于计算两个日期之间相差的天数，但是重载operator+就没有意义。

6. 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。

// 这里的+=已经被重载了
// 前置++
Date& Date::operator++()
{
	return ((*this) += 1);
}

// 后置++
Date Date::operator++(int)
{
	Date d(*this);
	(*this) += 1;
	return d;
}

7. 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。

ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
	return out;
}

istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	cout << "请依次输入年月日:>";
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	if (!d.CheckDate())
	{
		cout << "日期非法" << endl;
	}
	return in;
}

int main()
{
	Date d1(2024, 4, 14);
    Date d2 = d1 + 30000;
    // operator<<(cout, d1)
    cout << d1;
    cout << d2;
    cin >> d1 >> d2;
    cout << d1 << d2;
	return 0;
}

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。

也就是说，对象在实例化时“=”代表调用拷贝构造函数，在其他地方，“=”为赋值运算符重载。

赋值运算符重载的特点：

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写成 const 当前类类型引用，否则会传值传参会有拷贝。

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。

// 赋值运算符重载
Date& Date::operator=(const Date& d)
{
	_year = d._year;
	_month = d._month;
	_day = d._day;

	return *this;
}

int main()
{
    Date d1(2004, 12, 18);
    Date d2(2024, 8, 4);
    Date d3;

    d3 = d2 = d1;

    return 0;
}

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拷贝构造。

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贝，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。