【C++初阶】类和对象（二）

news2024/11/20 4:42:20

大家好我是沐曦希💕

类和对象

  • 1.类的6个默认成员函数
  • 2.构造函数
    • 2.1 概念
    • 2.2 特性
  • 3.析构函数
    • 3.1 概念
    • 3.2 特性
  • 4.拷贝构造函数
    • 4.1 概念
    • 4.2 特征

1.类的6个默认成员函数

空类：类中一个成员都没有
可是空类真的什么都没有吗？
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。

默认成员函数又称特殊成员函数，我们不写，编译器会自己生成一个，我们自己写了，编译器就不会生成了。
那么对于一些类，当编译器生成的默认成员函数不能满足我们需要时候，我们需要自己写。
对于另一些类，编译器生成的就足够满足我们需要。

class Date
{};

在这里插入图片描述

2.构造函数

2.1 概念

对于以下Date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, 10, 7);
	d1.Print();
	Date d2;
	d2.Init(2022, 10, 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。

2.2 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。(提供多个构造函数，多种构造方式）
class Date
{
public:
	//1.无参构造函数
	Date()
	{
		_year = 2022;
		_month = 10;
		_day = 6;
	}
	//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(2022, 10, 7);// 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();//在VS2019下不会报错
}
  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。
#include<iostream>
using namespace std;
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;
	d1.Print();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

  1. 关于编译器生成的默认成员函数，看了上面结果就会有疑惑：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_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？？
    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…，自定义类型就是我们使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。

内置类型：int/char/double…(包括指针)
自定义类型:class/struct,stack/queue/person等

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

在这里插入图片描述
所以C++对内置类型不做处理，自定义类型会调用他的默认构造函数。
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。
即上面代码的class Date可以改成

class Date
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	//内置类型
	int _year = 1970;//这里不是初始化，而是给缺省值
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	//自定义类型
	Time _t;
};

在这里插入图片描述

  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。
class Date
{
public:
	Date()
	{
		_year = 1970;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}
	Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	return 0;
}

上面函数是编译通不过的，因为全缺省和无参的构造函数会被认为是默认构造函数，而默认构造函数只能有一个。并且d1调用不明确，不知道应该调用哪一个构造函数。
在这里插入图片描述

补充：
内置类型声明中缺省值可以开辟空间。

class Struct
{
private:
	int* a = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
	int _top = 0;
	int _capacity;
};

3.析构函数

3.1 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。

3.2 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(int capacity = 4)
	{
		_a = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fial");
			exit(-1);
		}
		_top = 0;
		_capacity = capacity;
	}
	void Push(int x)
	{
		_a[_top] = x;
		_top++;
	}
	//其他方法
	~Stack()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
private:
	DataType* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};
int main()
{
	Stack st1;
	st1.Push(1);
	st1.Push(2);
	return 0;
}
  1. 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。
#include<iostream>
using namespace std;
class Time
{
public:
	~Time()
	{
		cout << "~Time()" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
private:
	//内置类型
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	//自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d1;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
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析构函数，销毁那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，比如Stack类。

4.拷贝构造函数

4.1 概念

在现实生活中，可能存在一个与你一样的自己，我们称其为双胞胎。
那在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢？
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)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。

4.2 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。
#include<iostream>
using namespace std;
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);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  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，
    即指向同一块空间。
#include<iostream>
using namespace std;
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;
}

在这里插入图片描述
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。

  1. 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？
#include<iostream>
using namespace std;
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;
}

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
注意：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。

  1. 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
class Date
{
public:
	Date(int year, int minute, int day)
	{
		cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;
	}
	Date(const Date& d)
	{
		cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;
	}
	~Date()
	{
		cout << "~Date():" << this << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
Date Test(Date d)
{
	Date temp(d);
	return temp;
}
int main()
{
	Date d1(2022, 1, 13);
	Test(d1);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
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。

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