【C++】类和对象的六个默认成员函数

news2024/9/30 21:19:17

  • 类的6个默认成员函数
  • 构造函数
    • 概念
    • 特性
  • 析构函数
    • 概念
    • 特性
  • 拷贝构造函数
    • 概念
    • 特征
    • 拷贝构造函数典型调用场景：
  • 赋值运算符重载
    • 运算符重载
    • 赋值运算符重载
  • 取地址及const取地址操作符重载

类的6个默认成员函数

到底什么是类的6个默认成员函数呢？相信大家一定对此怀有很多疑问，那接下来就让我们一起来探讨它们的奇妙之处吧。

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。

class Date {};

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，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。

在这里插入图片描述

默认成员函数听着很玄妙，那它们到底是怎样设计的呢？又有什么样的规则呢？接下来让我们一起来探讨吧！

构造函数

概念

对于以下Date类：

class Date
{
public:
//初始化
 void Init(int year, int month, int day)
 {
 _year = year;
 _month = month;
 _day = day;
 }

//打印
 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 公有方法给已创建好的对象设置日期，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，也有可能忘记从而导致其它的问题。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，并且在一个对象整个生命周期内只调用一次。

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。
（对象被创建的同时，编译器自己会调用构造函数去初始化对象）

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。
  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(2015, 1, 1); // 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(); //调用无参的构造函数时这样写，编译器分不清
 }
  1. 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。

要注意，默认构造函数可以分为三类：1.编译器自己生成的构造函数。2.显式定义的构造函数，但是没有参数。3.显示定义的构造函数，有参数，但参数全缺省。

  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（因为Date d1只会调用无参的构造函数，不管是显示定义还是编译器自己生成）
 Date d1;
 return 0;
 }
  1. 关于编译器生成的默认成员函数，很多童鞋会有疑惑：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？？
    在这里插入图片描述

解答：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…，（注意只要是指针类型就都属于内置类型），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调用的它的默认构造函数。

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()
{

//首先Date类和Time类里并没有显示定义构造函数。
//下面的Date d;是Date类型实例化出了d,同时编译器又调用了Date类的默认构造函数
//Date类的默认构造函数只会管内置类型，但目前我们学的默认构造函数并不会去初始化内置类型
//（后面会讲到如何让默认构造函数可以初始化内置类型）
//d空间内又定义了Time _t;，Time _t不就是对Time类的实例化吗，而且Time_t时编译器不就是会自动调用Time类的默认构造函数吗
//（一定要把上面这个关系搞清楚，不然会越来越理不清）
 Date d;
 return 0; }

注意：C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值。
（下面Date类中的成员变量在声明时就给了默认值）

class Time
{
public:
 Time()
 {
 //输出“Time()”是为了方便观察是否调用了构造函数
 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)
 //下面是声明时给了默认值
 int _year = 1970;
 int _month = 1;
 int _day = 1;
 // 自定义类型
 Time _t;
};

int main()
{
 Date d;
 return 0; }
  1. 无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，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。

析构函数

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呢的？
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。

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
  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，对自定义类型成员调用它的析构函数。
class Time
{
public:
 ~Time()
 {
 //便于观察
 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; 
 }
 
// 程序运行结束后输出：~Time()
// 在main方法中根本没有直接创建Time类的对象，为什么最后会调用Time类的析构函数？
// 因为main方法中创建了Date对象d，而d中包含4个成员变量，其中_year, _month, _day三个是内置类型成员
//销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可；而_t是Time类对象，所以在
// d销毁时，要将其内部包含的Time类的_t对象销毁，所以要调用Time类的析构函数。但是：main函数
// 中不能直接调用Time类的析构函数，实际要释放的是Date类对象，所以编译器会调用Date类的析构函数
//而Date没有显式提供，则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数，目的是在其内部调用Time
// 类的析构函数，即当Date对象销毁时，要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁
// main函数中并没有直接调用Time类析构函数，而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数
// 注意：创建哪个类的对象则调用该类的构造函数，销毁哪个类的对象则调用该类的析构函数
  1. 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。那什么是申请资源呢？比如用顺序表实现栈时用malloc函数动态开辟的数组，必须要用free去释放，不然会有问题。

拷贝构造函数

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,为什么加const修饰待会讲)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。（如创建了Date类的对象d1,并进行了初始化，再创建Date类的d2时可以写成 Date d2(d1); 这样编译器会自动去调用拷贝构造函数，效果相当于调用构造函数加拷贝操作。）

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。
class Date
{
public:
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
 {
 _year = year;
 _month = month;
 _day = day;
 }
 // Date(const Date& d)   // 正确写法
    Date(const Date& d)   // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归
 {
 _year = d._year;
 _month = d._month;
 _day = d._day;
 }
private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};

int main()
{
 Date d1;
 Date d2(d1);//这样写时就编译器自己就会调用拷贝构造函数
 return 0;
 }

在这里插入图片描述

关于上面拷贝构造函数的形参为什么有const修饰，因为引用是存在权限问题的，调用函数时实参传给形参权限可以不变，也可以缩小，但就是不能被放大。而我直接把形参用const修饰，权限是最小的，这里就不会出现问题。

  1. 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。

注意：涉及到类类型的值传递时，编译器会调用编译器自动生成的默认拷贝构造函数，对象的内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定义类型再调用自己的拷贝构造函数完成拷贝。
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（像日期类这样的类是没必要的）；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。

在这里插入图片描述

拷贝构造函数典型调用场景：

1.使用已存在对象创建新对象。
2.函数参数类型为类类型对象。
3.函数返回值类型为类类型对象。

注意：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。

赋值运算符重载

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：
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。
.* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。

接下来以运算符==为例来：

// 现在我们定义一个全局的operator==
class Date
{ 
public:
 Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1)
   {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
   }    
//private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};
//这里我们定义了一个全局的operator==
// 这里会发现运算符重载成全局的就需要类成员变量是公有的
//但这样我们就可以随意操作成员变量了，并不好。
//我们可以保持成员变量私有属性，但要做出相应改动
// 1.专门定义一个类成员函数来获取私有的类成员变量。
// 2.使用友元函数（后面会具体讲到），用法是在类里面对这个全局的operator==
// 进行声明，并且在声明前面加上friend ，这样就可以正常的操作私有的成员变量了

bool operator==(const Date& d1, const Date& d2) {
    return d1._year == d2._year
   && d1._month == d2._month
        && d1._day == d2._day; }
void Test ()
{
    Date d1(2018, 9, 26);
    Date d2(2018, 9, 27);
    //下面写成（d1==d2）是因为这个==优先级内置类型的<<要低
    //如果不加小括号就会先执行cout<<d1，这就会出问题
    //编译器会将d1==d2转化成d1.operator==(d2),这不就是在函数调用吗
    //我们自己写成d1.operator==(d2)也是可以的，只是不方便而已
    cout<<(d1 == d2)<<endl; }
   

//将operator==写到类中，属性为public
class Date
{ 
public:
 Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1)
 {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
   }
    
    //此处operator==写到类中，属性为public
    // bool operator==(Date* this, const Date& d2)
    // 这里需要注意的是，左操作数是this，指向调用函数的对象
    bool operator==(const Date& d2)
 {
        return _year == d2._year;
            && _month == d2._month
            && _day == d2._day;
 }
private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};

赋值运算符重载

（赋值运算符重载是运算符重载的一种）
赋值运算符重载格式：
1.参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率
2.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。（像使用内置类型时，写成d1=d2=d3）
3.检测是否自己给自己赋值。
4.返回*this ：要复合连续赋值的含义。

class Date
{ 
public :
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
   {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
   }
 
 Date (const Date& d)
   {
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
   }
 
 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。因为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

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。 如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否显示化实现都可以；一旦涉及到资源管理则必须要实现。

取地址及const取地址操作符重载

这里我们先讲一下什么是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。

在这里插入图片描述

注意：如果类成员函数声明和定义分离的话，都要加上const

现在说一下取地址及const取地址操作符重载：

class Date
{ 
public :
 Date* operator&()
 {
  	return this ;
 }
 
 const Date* operator&()const
 {
	 return this ;
 }
 
private :
 int _year ; 
 int _month ; 
 int _day ;
};

注意：这两个运算符一般不需要重载，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！

如果有老铁认认真真看完了这篇文章，我相信一定能有不小的收获，让我们一起加油学习吧！！

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