目录
类的默认成员函数介绍
构造函数
构造函数概念
构造函数特性
析构函数
析构函数概念
析构函数特性
拷贝构造
拷贝构造概念
拷贝构造特点
赋值重载
赋值重载介绍
赋值重载特性
取地址重载和const取地址重载
const成员
取地址和const取地址重载
类的默认成员函数介绍
当我们定义一个空类时,类中并非什么都没有,编译器会自动生成6个成员函数,这6个用户不显示实现,编译器会自动生成的函数称为默认成员函数。
//什么也没定义的空类
//用户没有显示定义,编译器自动生成6个默认成员函数
class zxy
{
//构造函数
//拷贝构造
//赋值重载
//析构函数
//取地址重载
//const 取地址重载
};
●构造函数:主要完成初始化工作。
●析构函数:对资源进行清理。
●拷贝构造函数:用同类型对象创建对象。
●赋值重载:把一个对象赋值给另一个对象。
●取地址重载:对普通对象取地址。
●const取地址重载:对const对象取地址。
构造函数
构造函数概念
构造函数是特殊的成员函数,创建类类型对象时由编译器自动调用,在该对象生命周期内只调用一次!---- 构造函数的任务并不是开空间创建对象,而是初始化对象。
对比以往的初始化操作(以日期为例):
class Date
{
public:
void Init(int year,int month,int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Init(2001,10,3);
return 0;
}
观察上述代码,Date类型的对象可以通过Init公有函数设置日期完成初始化,也就说每次创建对象都要调用Init方法。对比调用Init初始化的方式,构造函数的出现就是懒人的福音,它会在对象创建时自动调用,完成初始工作。下面会详细介绍构造函数的用法及特性!
构造函数特性
●函数名和类名相同,没有返回值。
●创建对象时,编译器自动调用构造函数。
●构造函数可以重载。
●不用传参就能调用的构造,叫做默认构造。如:无参构造,全缺省构造。
●若未显示定义构造函数,编译器会默认生成。显示定义,编译器则不在生成。
●默认生成的构造函数对内置类型(int/double/int*...)不做处理,对自定义类型调用其自身的默认构造。
●针对第7条,默认生成的构造函数不对内置类型做处理的情况,C++11中,可以将内置类型在类中声明时给缺省值,如:class zxy{int a = 10;}; 注意这不是初始化,而是给a一个缺省值。
●自定义类型作为其他类的成员变量时,要提供默认构造。
1.函数名和类名相同,没有返回值!
class Date
{
public:
//构造函数名和类名相同
Date()
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
3.创建类类型对象时,编译器自动调用对应的构造函数。
class Date
{
public:
//构造函数名和类名相同
Date()
{
cout << "Date():调用构造函数" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
return 0;
}
上图示例中并没有调用任何函数,只是创建了一个Date类型的对象d1,通过测试结果可以得知,当用自定义类型创建对象时,编译器会自动调用它的构造函数。
4.构造函数可以重载。
根据不同的需求可以提供多个构造函数,无参,带参,全缺省,半缺省等。编译器会自动匹配合适的构造函数调用。
class Date
{
public:
//无参
Date()
{
//...
}
//带参
Date(int year,int month,int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2(2001, 10, 3);
return 0;
}
需要注意的是,当构造函数不需要传参的时候,不要在对象名的后面加(),会和函数声明混淆。
错误的写法:
Date d1();
还要注意的是,如果同时提供了无参和全缺省,可能存在调用不明确的问题:在下述代码中同时提供了无参构造和全缺省构造,创建对象:Date d1; 构造函数调用不明确!!
class Date
{
public:
//无参
Date()
{
//...
}
//带参
Date(int year = 2001,int month = 10,int day = 3)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
return 0;
}
5.若未显示定义构造函数,编译器会默认生成。显示定义,编译器则不在生成。
6.不用传参就能调用的构造,叫做默认构造。如:无参构造,全缺省构造,默认生成的构造。
7.默认生成的构造函数对内置类型(int/double/int*...)不做处理,对自定义类型调用其自身的默认构造。
class Time
{
public:
Time()
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
//没有显示定义构造,默认生成
private:
//内置类型
int _year;
int _month;
int _day;
//自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d1;
return 0;
}
8.针对第7条,默认生成的构造函数不对内置类型做处理的情况,C++11中,可以将内置类型在类中声明时给缺省值,如:int a = 10; 注意这不是初始化,而是给a一个缺省值。
class Date
{
//没有显示定义构造,默认生成
private:
//内置类型
int _year = 1;
int _month = 1;
int _day = 1;
//自定义类型
Time _t;
};
9.自定义类型作为其他类的成员变量时,要提供默认构造。
class Time
{
public:
Time(int hour)
{
cout << "Time()" << endl;
_hour = 0;
_minute = 0;
_second = 0;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
将Time类中的构造函数定义成上述代码中的样子,此时显示定义了构造函数,编译器不会默认生成。我们定义的又不是默认构造(默认构造的几种回看第6条)。报错:_t不具备合适的默认构造
析构函数
析构函数概念
析构函数的功能和构造函数相反。析构函数会在对象销毁时自动调用(对象销毁的工作是编译器完成的,如函数中的局部对象,出了函数作用域就销毁),完成对象中资源的清理工作!
析构函数特性
●析构函数名在类名前加上字符~,没有参数,没有返回值类型。
●一个类只能有一个析构函数,未显示定义会默认生成,显示定义则不在生成!析构函数不能重载。
●对象生命周期结束时,编译器自动调用析构函数。
●编译器自动生成的析构函数,会对自定义类型成员调用它的析构函数。
●内置类型成员,销毁时不用资源清理,最后由系统将内存回收即可。
●如果类中没有申请资源时,析构函数可以不写,如:Date类。当涉及资源的申请时,要显示的定义析构函数,避免内存泄露,如statck,queue。
●析构的顺序:先创建的对象后销毁,后创建的对象先销毁。
1.析构函数名在类名前加上字符~。没有参数,没有返回值类型。
~Stack(){}
2.一个类只能有一个析构函数,未显示定义会默认生成,显示定义则不在生成!析构函数不能重载
5.对象生命周期结束时,编译器自动调用析构函数。(以Stack为例)
class Stack
{
public:
//构造函数
Stack(size_t capacity = 10)
{
_array = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
if (_array == nullptr)
{
perror("malloc申请空间失败!!");
exit(1);
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
cout << "Stack()构造" << endl;
}
//析构函数
~Stack()
{
free(_array);
_size = 0;
_capacity = 0;
cout << "~stack()析构" << endl;
}
private:
int* _array;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
int main()
{
Stack s1;
return 0;
}
6.编译器自动生成的析构函数,会对自定义类型成员调用它的析构函数。内置类型成员,销毁时不用资源清理,最后由系统将内存回收即可。
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 10)
{
_array = (int*)malloc(sizeof(int)*capacity);
if (_array == nullptr)
{
perror("malloc申请空间失败!!");
exit(1);
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
cout << "Stack()构造" << endl;
}
//析构,涉及资源清理,显示定义析构
//析构的顺序和构造的顺序相反
~Stack()
{
free(_array);
_size = 0;
_capacity = 0;
cout << "~stack()析构" << endl;
}
private:
int* _array;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
class MyQueue
{
//没有显示定义构造函数,自定义类型调用其自身的默认构造
//析构函数没有显示的定义,自定义类型调用其自身的析构函数
private:
Stack s1;
Stack s2;
};
int main()
{
MyQueue my1;
return 0;
}
8.如果类中没有申请资源时,析构函数可以不写,如:Date类。当涉及资源的申请时,要显示的定义析构函数,避免内存泄露,如statck,queue。
拷贝构造
拷贝构造概念
用已存在的类类型对象创建新对象时,编译器自动调用拷贝构造函数。如:传值调用,传值返回。
拷贝构造特点
●拷贝构造是构造函数的重载。
●拷贝构造的参数必须为类类型的引用,且只有一个形参。
●拷贝构造如果使用传值的方式编译器会直接报错,因为会引发无穷递归,传值调用要发生拷贝,自定义类型对象调用自身的拷贝构造。
●拷贝构造若未显示定义,编译器会默认生成,默认生成的拷贝构造对内置类型按照字节拷贝,自定义类型去调用其自身的拷贝构造。(浅拷贝)
●在涉及资源的申请和释放场景中,拷贝构造需要显示的定义(要写析构,就要写拷贝构造)
1.拷贝构造是构造函数的重载。
拷贝构造函数名和类型相同,也没有返回值,参数为必须为类类型的引用,且只有一个形参,是构造函数的重载。
例:Stack (const Stack& st){}
加const的原因是为了防止在拷贝的过程中,将拷贝和被拷贝写反:如_A = st._A 写成 st._A = _A。
2.函数参数为类类型对象,形参是实参的一份临时拷贝,自动调用拷贝构造。
class Stack
{
public:
//无参默认构造
Stack()
{
}
//拷贝构造
Stack(const Stack& st)
{
cout << "拷贝构造调用" << endl;
}
};
void Fun(Stack st)
{
//...
}
int main()
{
Stack st;
Fun(st);
return 0;
}
如上述代码,只是调用了Fun函数,该函数的参数类型是Stack类型的,在传值传参的过程中,发生了拷贝,自动调用该类类型的拷贝构造。
2.如果使用传值的方式编译器会直接报错,因为会引发无穷递归,传值调用要发生拷贝,自定义类型对象调用自身的拷贝构造,调用拷贝构造本身就要传参。所以拷贝构造的参数是类类型的引用。
4.拷贝构造若未显示定义,编译器会默认生成,默认生成的拷贝构造对内置类型按照字节拷贝,自定义类型去调用其自身的拷贝构造。
class B
{
public:
~B()
{
cout << "~B():调用析构" << endl;
}
private:
int _b;
};
class A
{
private:
int _a1;
int _a2;
B _b1;
};
int main()
{
A a;
return 0;
}
A类没有显示的定义拷贝构造,编译器自动生成,自定义类型调用其自己的拷贝构造,内置类型逐自己拷贝。
为了避免干扰,只打印了自定义类型调用析构的效果。
浅拷贝问题:
class Stack
{
public:
//构造
Stack(size_t capacity = 10)
{
_array = (int*)malloc(sizeof(int)*capacity);
_size = 0;
_capacity = capacity;
}
//没有显示定义拷贝构造,编译器默认生成
//内置类型按字节拷贝
//析构
~Stack()
{
free(_array);
_size = _capacity = 0;
}
private:
int* _array;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
int main()
{
Stack st1;
Stack st2(st1);
return 0;
}
解决:显示的定义拷贝构造,改用深拷贝
Stack(const Stack& st)
{
_array = (int*)malloc(sizeof(int)*st._capacity);
memcpy(_array,st._array,sizeof(int)*st._capacity);
_size = st._size;
_capacity = st._capacity;
cout << "深拷贝" << endl;
}
如上图所示,st2对st1进行了深拷贝,各自有独立的空间,插入数据互相也不会影响。
5.在涉及资源的申请和释放场景中,拷贝构造需要显示的定义(要写析构,就要写拷贝构造)。
6.拷贝构造的调用场景:
- 使用已经存在的对象创建新对象。
class A
{
public:
A() {}
A(const A& a)
{
cout << "拷贝构造调用" << endl;
}
};
int main()
{
A a1;
A a2(a1);
return 0;
}
- 函数参数为类类型对象,形参是实参的一份临时拷贝,自动调用拷贝构造。
void Fun(A a)
{
//...
}
int main()
{
A a1;
Fun(a1);
return 0;
}
- 当函数返回值为类类型对象,传值返回的过程中要产生临时变量,先存在寄存器或者上层栈帧中,这个期间的拷贝调用拷贝构造。
A Fun()
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
A a1;
Fun();
return 0;
}
赋值重载
赋值重载介绍
赋值重载的主要功能就是将一个对象赋值给另一个对象,注意和拷贝构造进行区分,拷贝构造是用一个已经存在的对象创建一个新对象,赋值重载是将一个对象赋值给另一已经存在的对象。谈到拷贝和赋值,有一个容易混淆的写法:
A a1;
A a2 = a1;
class A
{
public:
A() {}
A(const A& a)
{
cout << "拷贝构造" << endl;
}
A& operator=(const A& a)
{
cout << "赋值重载" << endl;
}
};
int main()
{
A a1;
A a2 = a1;
return 0;
}
上述的写法实际上调用的是拷贝构造,本质上是用一个存在的对象创建另一个对象。
接着回到正文,为了增加代码的可读性,C++引入了运算符重载,赋值重载就是运算符重载中的一种。运算符重载具有特殊的函数名(关键字operator关键字后面接需要重载的运算符号如:+、-)。
返回类型 operator操作符(){}
因为赋值重载是运算符重载的一种,所以先来谈论什么是运算符重载:以日期类为例,自定义类型的两个日期类对象,直接使用==、+、-这些运算符是不可以的:
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Show()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2001,10,3);
Date d2(2001, 2, 9);
d1 += d2;
d1 -= d2;
return 0;
}
基于上述问题,我们可以在类中定义一个成员函数来判断两个日期的大小,或者实现其它功能
bool AddFun()
{
//...日期加法的逻辑
}
在我们有需求时,调用成员函数即可,如:d1.AddFun(d2); 这样的写法和我们熟知的+、-、==、>等运算符比较,可读性更差一些!所以引入了运算符重载,在使用上和正常的+、-操作没什么不同,下面对部分运算符进行重载,观察运行效果:
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Show()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
//重载==
bool operator==(const Date& d1)
{
cout << "调用重载的==" << endl;
return _year == d1._year
&& _month == d1._month
&& _day == d1._day;
}
//重载!=
bool operator!=(const Date& d1)
{
return !(*this == d1);
}
//重载>
bool operator>(const Date& d1)
{
cout << "调用重载的>" << endl;
if (_year > d1._year)
{
return true;
}
else if(_year == d1._year && _month > d1._month)
{
return true;
}
else if (_year == d1._year && _month == d1._month && _day > d1._day)
{
return true;
}
return false;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2001,10,3);
Date d2(2001, 2, 9);
//d1>d2 等价 d1.operator>(d2)
cout << (d1 > d2) << endl;
//d1==d2 等价 d2.operator==(d2)
cout << (d1 == d2) << endl;
return 0;
}
运算符重载后,就可以按照正常的使用习惯进行操作,例如:d1 == d2,d1 > d2。但是它们的原型是d1.operator==(d2); d1.operator>(d2)。 运算符重载后,在使用上提供了便捷,在代码的可读性上更为直观。
关于运算符重载还有几点要谈:
1.不能通过operator关键字连接其他符号创建新的操作符,如:operator@。
2.重载操作符必须有一个类类型参数,也就是说不能随便重载,比如:int + int
int operator+(int a, int b)
{
return a * 10 + b;
}
int main()
{
int a = 10,b =5;
int c = a + b;
return 0;
}
3,作为类成员函数时,形参比操作数少1,因为成员函数的第一个参数为隐藏的this指针。
4. .* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。
5.前置++/--和后置++/--。(相关细节参考日期类模拟实现的文章)。
对于内置类型而言,后置++/--比前置++/--多了一次拷贝,在实现上后置的++/--的参数列表要显示的写int,这是和编译器的暗号,用来区分是前置++/--还是后置++/--。
T& operator++()
{
//...
}
T operator++(int)
{
//...
}
还需要说明的是,前置++适合返回类类型的引用,减少一次拷贝。而后置++返回的是局部变量,只能传值返回。
6.流插入和流提取运算符重载。(相关细节参考日期类模拟实现的文章)。
流插入和流提取在基础篇介绍过,它们分别是istream和ostream的对象,对于自定义类型而言,流插入和流提取是无法识别的,因为库中只实现了内置类型的<<和>>重载。当我们想要自定义类型的对象像内置类型一样输出和输出时,需要重载<<和>>。
赋值重载特性
●赋值运算符重载:返回值类型 operator=(const T& )。
●参数类型const T& ,减少拷贝。返回值类型T&,支持连续赋值,d1 = d2 = d3。
●返回值返回*this,支持连续赋值。
●自己给自己赋值的情况要检查,如:d1 = d2。
●不显示定义编译器会自动生成,内置类型逐字节拷贝,自定义类型调用其自己的赋值重载。
●赋值运算符重载只能重载成类的成员函数,不能重载成全局函数。
●当有资源申请,没有显示定义赋值重载的情况,可能会出现内存泄露和重复析构。
1、赋值运算符重载单参数为const T& ,返回值为T&,支持连续赋值。(以Stack为例:)
class Stack
{
public:
//赋值重载
Stack& operator=(const Stack& s1)
{
//....
return *this;
}
private:
int* _array;
int _size;
int _capacity;
}
2.不显示定义编译器会自动生成,内置类型逐字节拷贝,自定义类型调用其自己的赋值重载。
class A
{
public:
A& operator=(const A& A)
{
_a1 = A._a1;
_a2 = A._a2;
cout << "A& operator=(const A& A)" << endl;
return *this;
}
private:
int _a1=10;
int _a2=20;
};
class B
{
//没有显示的定义赋值重载,内置类型按字节拷贝,自定义类型调用其对应的
//赋值重载
private:
A a;
int b;
};
int main()
{
A a1;
A a2;
a2 = a1;
return 0;
}
B类没有显示定义赋值重载,默认生成的赋值重载函数对于自定义类型会调用其自己的赋值重载,内置类型按照字节拷贝。
3.定义赋值重载函数,无论形参的类型是什么,赋值运算符重载都要定义为成员函数!!!
原因:赋值运算符在类中不显示实现,会默认的生成一个。此时如果在类外定义了一个全局的赋值重载函数,两个函数就会冲突。
class A
{
//没有显示定义赋值重载,编译器自动生成一个
private:
int _a;
int _a2;
};
//定义全局的赋值重载函数
A& operator=(const A& left, const A& right)
{
//....
}
int main()
{
A a1;
A a2;
a1 = a2;
return 0;
}
需要注意的是,全局函数的参数没有this指针,所以需要传两个参数。
对于其他运算符重载,可以定义为全局函数,在传参的时候注意要传两个参数:
class A
{
public:
A(int a1, int a2)
{
_a1 = a1;
_a2 = a2;
}
public:
int _a1;
int _a2;
};
//定义全局的赋值重载函数
bool operator==(const A& left, const A& right)
{
cout << "全局运算符重载==" << endl;
return left._a1 == right._a1
|| left._a2 == right._a2;
}
int main()
{
A a1(10,20);
A a2(20,30);
cout << (a1 == a2) << endl;
return 0;
}
(a1 == a2) 等价于 operator=(a1,a2) ;
但是一般情况下,将运算符重载定义为成员函数更为常见,这是因为,类的成员变量一般都会设为私有,运算符重载经常要访问成员变量。上述代码为了演示将成员变量设为了公有。
4.当有资源申请,没有显示定义赋值重载的情况,可能会出现内存泄露和重复析构。(以Stack为例):
class Stack
{
public:
//构造函数
Stack(size_t capacity = 10)
{
_array = (int*)malloc(sizeof(int)*capacity);
_size = 0;
_capacity = capacity;
}
//析构,有资源的申请,显示定义析构
~Stack()
{
free(_array);
_array = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
//拷贝构造,有资源的申请,显示定义,深拷贝
//用已有的对象构建新对象
Stack(const Stack& st)
{
_array = (int*)malloc(st._capacity*sizeof(int));
memcpy(_array, st._array, sizeof(int) * st._size);
_size = st._size;
_capacity = st._capacity;
}
//赋值重载没有显示定义,用默认生成的
//赋值重载,将已经存在的对象赋值给另一个存在的对象
//涉及资源的申请,如果用默认生成的赋值,会造成资源泄露和多次析构的问题
void Push(const int val)
{
//简单模拟,不考虑扩容问题
_array[_size++] = val;
}
private:
int* _array;
int _size;
int _capacity;
};
如上图分析,当涉及资源的申请时,要显示的定义合适的赋值重载:
Stack& operator=(const Stack& st)
{
//自己赋值自己直接返回即可
if (this != &st)
{
//先把旧的空间释放,再去拷贝
free(_array);
_array = (int*)calloc(st._capacity,sizeof(int));
if (_array == nullptr)
{
perror("malloc失败!");
exit(1);
}
memcpy(_array, st._array, sizeof(int) * st._size);
_size = st._size;
_capacity = st._capacity;
}
return *this;
}
在上述代码中,还有一个细节,就是对自己赋值给自己的情况直接略过不进行处理,如果忽略了这种情况,可能会出现bug,以上述代码为例:
综上所述,在赋值重载的实现中,要注意自己给自己赋值的情况。
取地址重载和const取地址重载
const成员
在类和对象上篇谈论过,隐含的this指针类型是T* const this。 const 修饰的是指针本身,禁止this指针改变指向。基于这种情况,如果我们有const对象调用成员函数的时候,const对象调用非const成员函数,是权限的放大,这样的调用是错误的。
class Date
{
public:
void Fun()
{
//...
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
const Date d1;
d1.Fun();
return 0;
}
上述的调用是const对象调用非const的成员函数,是权限的放大,不可以。下述代码是正确的写法:
class Date
{
public:
Date() {}
void Fun() const
{
//...
}
private:
int _year = 1;
int _month = 2;
int _day = 3;
};
int main()
{
const Date d1;
d1.Fun();
return 0;
}
在函数后面加const修饰,const修饰的是this指针指向内容,表示在该成员函数中不能对类的成员变量进行修改。
取地址和const取地址重载
这两个默认函数不写,编译器会默认生成。通常情况下,编译器默认生成的就足够满足我们的需求,它们的功能分别是对普通对象取地址和对const对象取地址。
class Date
{
public:
Date* operator&()
{
return this;
}
const Date* operator&()const
{
return this;
}
private:
int _year = 1;
int _month = 2;
int _day = 3;
};
int main()
{
const Date d1;
Date d2;
cout << &d1 << endl;
cout << &d2 << endl;
return 0;
}
这两个默认成员函数一般不用显示的写,编译器默认生成的就足够用了。