【类与对象】②认识类的六个默认函数

news2024/12/27 15:16:20

文章目录

  • 1.类的六个默认函数
  • 2.构造函数
  • 3.析构函数
  • 4.拷贝构造函数
  • 5.赋值运算符重载
  • 6.const成员

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1.类的六个默认函数

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。
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

2.构造函数

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, 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。

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。
特征如下：

  • 函数名与类名相同。
  • 无返回值。
  • 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
  • 构造函数可以重载。
    例如：
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(); //声明了d3函数，该函数无参，返回一个日期类型的对象
}
  • 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。
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
Date d1;// 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
return 0;
}
  • 关于编译器生成的默认成员函数，可能会有很多疑惑：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？d1对象调用了编译器生成的默认构造函数，但是d1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？？

解：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C++语言提供的数据类型，如：int/char…，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调用的它的默认成员函数。

class Time
{
public:
Time()
{
cout << "Time()" << endl; _hour = 0; _minute = 0; _second = 0;
}
private:
int _hour; int _minute; int _second;
};
class Date
{
private:
int _year; int _month; int _day;// 基本类型(内置类型)
Time _t;// 自定义类型
};
int main()
{
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。

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 = 1970;  //此处为C++的补丁，这不是初始化，而是缺省值
	int _month = 1; 
	int _day = 1;
	
	Time _t;// 自定义类型
};
int main()
{
Date d;
return 0;
}
  • 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。

3.析构函数

问：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

  • 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
  • 无参数无返回值类型。
  • 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。
  • 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
class Time
{
public:
~Time()
{
	cout << "~Time()" << endl;
}
private:
	int _hour; int _minute; int _second;
};
class Date
{
private:
	int _year = 1970; int _month = 1; int _day = 1;// 基本类型(内置类型)
	Time _t;// 自定义类型
};
int main()
{
Date d;
return 0;
}

解析：
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

4.拷贝构造函数

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。

特性

  • 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
  • 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，若使用传值方式则编译器直接报错，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)   // 错误写法 ：编译报错，会引发无穷递归
Date(const Date& d)   // 拷贝构造正确写法
{
	_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;
}
  • 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。

浅拷贝：一个对象修改会影响另一个对象，会析构两次，导致程序崩溃。

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:
	int _year = 1970;// 基本类型(内置类型)
	int _month = 1; 
	int _day = 1;
	Time _t;// 自定义类型
};
int main()
{
Date d1;
Date d2(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.
return 0;

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。

拷贝构造函数典型调用场景：

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

5.赋值运算符重载

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。

区分运算符重载与函数重载：

  • 运算符重载：让自定义类型对象可以用运算符，转换成调用这个重载函数。
  • 函数重载：支持函数名相同的函数同时存在。

运算符重载和函数重载虽然都用了重载这个词，但是他们之间没有必然联系。

运算符重载格式：
函数名字：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 ?: . 注意这5个运算符不能重载
// 全局的operator==
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？
// 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;
}

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

赋值运算符重载格式

  • 参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率
  • 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
  • 检测是否自己给自己赋值
  • 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

class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
	_year = year; 
	_month = month; 
	_day = day;
}
	int _year; 
	int _month; 
	int _day;
};
Date& operator=(Date& left, const Date& right)  // 赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数
{
if (&left != &right)
{
	left._year = right._year; 
	left._month = right._month; 
	left._day = right._day;
}
return left;
}
// 编译失败：
// error C2801: “operator =”必须是非静态成员

原因：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。

前置++和后置++重载

class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
	_year = year; 
	_month = month; 
	_day = day;
}
// 前置++：返回+1之后的结果
// 注意：this指向的对象在函数结束后不会销毁，故以引用方式返回提高效率
Date& operator++()
{
	_day += 1;
	return *this;
}
// 后置++：
// 前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++形成能正确重载
// C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器 自动传递
// 注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存
一份，然后给this+1
// 而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用
Date operator++(int)
{
	Date temp(*this); 
	_day += 1;
	return temp;
}
private:
	int _year; 
	int _month; 
	int _day;
};
int main()
{
	Date d;
	Date d1(2022, 1, 13);
	d = d1++;    // d: 2022,1,13   d1:2022,1,14 d = ++d1;    // d: 2022,1,15   d1:2022,1,15
	return 0;
}

6.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指针所指向的内容，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改，从而保证了成员函数内部不会修改成员变量。
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