拷贝构造函数和运算符重载

news2024/12/24 2:19:48

文章目录

  • 拷贝构造函数
    • 特点
    • 分析拷贝构造函数情景
  • 赋值运算符重载
    • 运算符重载
      • operator<运算符重载
    • 赋值运算符
    • 前置++和后置++重载

拷贝构造函数

在创建对象的时候，是不是存在一种函数，使得能创建一个于已经存在的对象一模一样的新对象，那么接下来，让我们一起去了解一下，拷贝构造函数

特点

拷贝构造函数也算是特殊的成员函数，特征如下：

  • 拷贝构造函数是构造函数的重载
  • 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（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
  • 使用传值的方法是会报错,因为会引发无穷的递归调用
  • 若没有显示定义，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照内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或值拷贝。

我们以日期类为例:

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

所以当拷贝构造函数的的调用要用传引用，因为传引用的话，就不需要拷贝，也就是说能调用并进入拷贝构造函数，当没有&的时候，形参进入就需要拷贝，就会调用拷贝构造函数（不进去，在形参处，就需要继续拷贝，从而无穷递归，使得编译器报错）

对于默认拷贝构造函数的使用：下面代码演示：

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = 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

  1. 内置类型成员完成浅拷贝or值拷贝
  2. 自定义类型成员会调用他的拷贝构造

举例说明

//1.全是内置成员变量
class Person{
    public:
    	Person(int data,int age){
            _data=data;
            _age=age;
        }
    void Print()
    {
        cout<<_data<<" "<<_age<<endl;
    }
    
    	int _data;
    	int _age;
};
//这个会调用默认构造函数
int main(){
    Person p1(10,20);
    Person p2(p1);    
}
//2.都是自定义函数，或者说是包括自定义函数可以使用浅拷贝，因为我们需要的就是值的传递

但是对于这样一种需要自行开辟空间如malloc的自定义类型Stack，是需要进行深拷贝的，就是需要显示拷贝构造函数

原因如下：

以Stack为例，里面malloc一个空间作为动态内存的开辟，在实例化Stack对象之后，我们会自动构造这个Stack，最后用完这个对象之后会进行销毁，~Stack（）析构函数里面是由free的，如果说，我们使用默认的拷贝构造函数之后，两个对象是指向同一空间的，但是，只能free一次，所以在第二次free的时候就会报错

在这里插入图片描述

所以对于这样的拥有动态内存的自定义类型，需要我们来进行深拷贝（自定义拷贝构造函数）

总结：

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。

分析拷贝构造函数情景

由下面的代码进行演示，在由拷贝构造函数的情况下的程序运行步骤

class Person{
  public:
    Person(int data){
        cout<<"Person构造函数"<<this<<endl;
    }
    Person(const Person& p){
        cout<<"拷贝构造函数"<<this<<endl;
    }
    ~person(){
        cout<<"Person析构函数"<<this<<endl;
    }
    int data;
};

Person Test(Person p){
    Person tmp(p);
    return tmp;
}
int main()
{
    Person p(10);
    Test(p);
    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。

赋值运算符重载

赋值运算符重载可以使得自定义类型也可以像内置类型一样进行运算符运算，以下所有的运算符重载都是以Date类为例

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，也具有返回值类型，哈桑函数名字一级参数列表，其返回值类型于参数列表于普通函数类似

格式：返回值类型 operator操作符（参数列表）

函数名为：operator+需要重载的运算符符号

注意事项：

​ 1.不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@需要是运算符，不是任意符号
​ 2.重载操作符必须有一个类类型参数因为，我们就是对于自定义类型进行运算符运算（类似于内置类型）
​ 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
​ 4.**.* :: sizeof ?: . ** 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。

//具体的操作如下  以Date为例、
class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	//private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// 这里会发现运算符重载成全局的就需要成员变量是公有的，那么问题来了，封装性如何保证？
对于封装的问题，我们这里只能先使用public来解决，后面学到友元之后，就可以不用public
// 这里其实可以用我们后面学习的友元解决，或者干脆重载成成员函数。
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);
	cout << (d1 == d2) << endl;
}

我们当然可以例如上述代码一样，将operator==Date在类外面定义和声明，但是这样的话，我们如果不用友元的话，就只能将成员变量权限改为public，所以我们的方法为：将运算符重载放在Date里面

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
    bool operator==(const Date& d2)
	{
	return _year == d2._year
		&& _month == d2._month
		&& _day == d2._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

//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);
	cout << d1.operator==(d2) << endl;
	cout << (d1 == d2) << endl;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

    bool operator==(const Date& d2)
	{
	return _year == d2._year
		&& _month == d2._month
		&& _day == d2._day;
	}
//所以左操作数就是this指针，右操作为形参

operator<运算符重载

下面代码进行演示

//主要进行演示流程
class Person{
  public:
    Person(int age){
        _age=age;
    }
    bool operator<(const Person& p){
        if(_age<p.age) return true;
        else return false;
    }
    bool operator==(const Person& p){
        if(_age==p._age) return true;
        else return false;
    }
    bool operator<=(const Person& p){
        return (*this == p) && (*this < p);
    }
    int _age;
};
int main()
{
	Person P1(10);
    
	Person P2(20);
	cout << (P1 < P2) << endl;
    return 0;
}

为了提高服用率，我们通常将利用其他运算符重载来实现我们需要的运算符重载

    bool operator<(const Person& p){
        if(_age<p.age) return true;
        else return false;
    } 
//只需要知道一个 < 一个 ==就能得到所有的比较大小的运算符重载
    bool operator==(const Person& p){
        if(_age==p._age) return true;
        else return false;
    }
    bool operator<=(const Person& p){
        return (*this == p) && (*this < p);
    }
//我们一定注意的是，运算符重载使用的的传引用，这样可以提高效率

赋值运算符

赋值运算符为operator=，这个运算符重载有一些细节要求

赋值运算符重载的格式

  1. 参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率，和上述保持一致
  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
  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
//首先我们来看内置类型赋值的情况
int main()
{
    int n=10;
    n=20;
    int i,j,k;
    i=j=k=0;//连续赋值，0先给k返回的结果给了j再给了i，以至于i=j=k
    //所以我们需要的返回值类型应该为类类型 例如Person
    //又因为，传引用返回可以提高效率（少一次拷贝构造返回），所以我们选择的是类类型&  如Person&
    cout<<n<<endl;//输出结果为n  这个会改变n的数值
    return 0;
}

所以我们自定义类型的赋值运算符重载也要这样，所以我们应该这样做

class Person{
  public:
    Person(int age){
        _age=age;
    }
    Person& operator=(const Person& p){
    	if(*this!=p){
            //如果两个对象不是同一个对象
            _age=p._age;//进行赋值
        }
        return *this;//这个this的生命周期不在类里面，所以是可以传引用返回
    }

    int _age;
};
int main()
{
    Person p1(10);
    Person p2(20);
    cout<<p1=p2<<endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

Vs2022版本的编译器对于全局的赋值运算符重载会直接编译报错，并提示，operator=必须是成员函数

这是因为，我们规定返回类型为传引用，但是如果是全局函数，那么左值的生命周期在调用完函数之后把就结束的，所以这个地方也有问题，且“operator =”必须是非静态成员

原因解释：

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。

也就是说，这个实际上就是存在默认的赋值运算符重载，所以才不能用于全局函数

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。

总结：

  • 对于赋值运算符重载，在没有自定义的时候，编译器会自动提供默认赋值运算符重载，且这个默认函数是值拷贝，也就是浅拷贝的
  • 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。
  • 对于类似于栈Stack这样的类，是需要自定义的，但是对于Date或者上述Person类是不需要的，使用默认的即可
  • 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。

前置++和后置++重载

我们先看内置类型前置++和后置++的区别

int main()
{
    int n=10;
    int a=n++;//后++，这一行n还是为10 这个代码结束 后 n为11
    int b=++n;//先++，这一行n就为11
    cout<<a<<" "<<b<<endl;
    return 0;
}

所以自定义类型也需要按照内置类型的方式来实现前置后置++

class Person {
public:
    void Print() {
        cout << _age << endl;
    }
    Person(int age) {
        _age = age;
    }
    //我们规定前置++为无参
    Person& operator++() {
        (*this)._age++;
        return *this;
    }
    //后置++  括号使用这个无参类型表示
    Person operator++(int) {
        Person tmp = *this;
        (*this)._age+=1;
        return tmp;//返回临时变量，所以不能传引用返回
    }
    int _age;
};
int main()
{
    Person p(10);
    cout << p._age << endl;
    p++;
    p.Print();
    cout << p._age << endl;
    ++p;
    cout << p._age << endl;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

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