【C++奇妙冒险】拷贝构造函数、运算符重载（赋值重载|const成员|取地址重载|const取地址重载）

于 2024-05-29 15:05:51 发布
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分类专栏： C++的奇妙冒险之旅——从入门到入土 文章标签： c++ visual studio 开发语言
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前言

🚩拷贝构造函数

创建对象时，可否创建一个与已存在的对象一模一样的新对象呢？
可以的
用拷贝构造就能做到：

	Date d1(2024, 5, 28);

	Date d2(d1);
	return 0;

什么原理？我们下面会讲，反正不是张力…

🫧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），在已存在的类类型对象创建新对象时，由编译器自动调用。

🫧特征

拷贝构造函数也是特殊成员函数，特征如下：

  • 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式
  • 拷贝构造的参数只有一个且必须是类类型对象的引用（必须使用引用）
    注：使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用
  • 若未显示定义，编译器会生成默认的拷贝构造
    默认的拷贝构造函数对象按内存存储，按字节序完成拷贝（浅拷贝or值拷贝）
原型：类名 （const 类名& 形参）
例如：Date（const Date& d）

拷贝构造函数的用法：
代码：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 2024, int month = 5, int day = 28)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// 拷贝构造函数
	// Date d2(d1)
	Date(const Date& d) // 不传引用会无限递归调用
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2024, 5, 28);
	d1.Print();

	Date d2(d1); //拷贝构造 ，生成一个和d1一模一样的对象
	d2.Print();
	return 0;
}

运行结果

在这里插入图片描述

上述代码所示，为什么一定要传引用传参呢？
调用拷贝构造，需要传参，传值传参又是一个拷贝构造
然后调用这个拷贝构造，又需要传参，然后传值传参又是一个拷贝构造
然后又调用拷贝构造…
如下图所示：

在这里插入图片描述

运行结果：

在这里插入图片描述
报错了o(╥﹏╥)o
这就是不加引用的后果，const想加就加，如果你不想改变函数体，就建议加上const。

🫧默认生成的拷贝构造

我们前面了解了拷贝构造函数的特性，“若未显示定义，则编译器会生成默认的拷贝构造函数”
那它对内置类型和自定义类型是如何处理的呢？

代码测试：

#include<iostream>
using namespace std;
class Time
{
public:
	// 构造函数
	Time(int hour = 1, int minute = 1, int second = 1)
	{
		_hour = hour;
		_minute = minute;
		_second = second;
	}
	// 拷贝构造 
	Time(const Time& t)
	{
		_hour = t._hour;
		_minute = t._minute;
		_second = t._second;
		cout << "Time(const Time& t)" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
public:
	// 构造函数
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	// 内置类型
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d1(2024, 5, 28);
	// 用已经存在的 d1 拷贝构造 d2 此处会调用Date类的拷贝构造
	// 但Date类并未显示定义拷贝构造 则编译器会为Date类自动生成一个默认拷贝构造函数
	Date d2(d1);
	return 0;
}

运行结果

在这里插入图片描述

通过调试观察

在这里插入图片描述

所以，默认生成的拷贝构造函数：

  • 对内置类型：按照字节方式直接拷贝的
  • 对自定义类型：调用其拷贝构造函数完成拷贝的

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，像我们这样日期类的是可以不用自己写的，但是像栈（Stack）这样的类，如果Stack st1 拷贝构造出 Stack st2 这会导致它们都指向同一块空间，从而对同一块空间析构两次，造成程序崩溃。

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。

拷贝构造函数的经典调用场景：

  • 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

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

🫧default关键字（浅谈）

我们知道，拷贝构造也是构造函数
🌰
🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Time
{
public:
	//拷贝构造函数
	Time(const Time& t)
	{
		_hour = t._hour;
		_minute = t._minute;
		_second = t._second;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
public:
private:
	// 内置类型
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d1;
	Date d2(d1);
	return 0;
}

运行结果

在这里插入图片描述

报错了，d1没初始化？编译器不是会默认生成一个构造函数帮我们初始化吗，为什么这里没有？

解答：拷贝构造本身就是一种构造函数，所以编译器不会生成默认构造函数
1️⃣ Date d1;
上述代码中，Date类的实现需要调用Time类中的默认构造函数来初始_t，而在Time类中，没有显示定义一个无参的默认构造函数，只有一个拷贝构造函数，所以当编译器尝试调用Time类中的默认构造函数时，会失败（找不到）。
当实例化Date类中的d1时，Date类默认生成的构造函数会被调用，会对类中的成员变量进行初始化，_year,_month,_day这些都没问题，确实已经初始化了，问题就出在自定义类型_t中，_t需要调用它的Time类中的无参默认构造函数，而它没有，所以报错了

2️⃣ Date d2(d1)
当我们尝试使用拷贝构造，d1创建d2时，同样的道理，而且d1都初始化失败了，拿什么创建d2，所以理所应当也会出问题
一样的，编译器会调用Date类的拷贝构造，逐一拷贝_year,_month,_day成员变量，_t当然也没问题，因为Time类中有我们写的拷贝构造函数，但是我们在创建d1的时候就出问题了，所以d2也会出错

在C++中，我们可以加上这样一条代码

Time()=default;

让编译器强制生成拷贝构造

🚩运算符重载

🫧概念

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。

//例如：
operator<
operator>
operator==

🏳️ 函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)

🫧运算符重载注意事项

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，其含义不能变，例如：内置的整形+，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
  • .*（点星运算符），::（域运算符），sizeof ，?:（三目运算符） .（点运算符） 以上5个操作符不能重载。

🗨️代码演示：全局的operator==

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 2024, int month = 5, int day = 28)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
//private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// d1 == d2
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
	return d1._year == d2._year 
		&& d1._month == d2._month 
		&& d1._day == d2._day;
}
int main()
{
	Date d1(2024, 5, 28);
	Date d2(2024, 5, 27);
	cout << (d1 == d2) << endl;

	return 0;
}

运行结果

在这里插入图片描述

这里细心的老铁可能发现了，运算符重载成全局的就需要成员变量是公有的，如上述代码可见，我把private给注释掉了。
在这里插入图片描述

那么问题来了，封装性如何保证？

🫧封装如何保证？

可以用友元，但是这里我们直接重载成函数就好了。

🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// d1 == d2
	// 函数原型：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;
};
int main()
{
	Date d1(2024, 5, 20);
	Date d2(2024, 5, 21);
	cout << (d1 == d2) << endl;

	return 0;
}

🚩赋值运算符重载

🫧赋值运算符重载格式

  • 返回参数：const T&，传递引用可以提高效率
  • 返回值类型：T&，返回引用可以提高效率，有返回值的目的是为了连续赋值
  • 检测是否自己给自己赋值
  • 返回*this：要符合连续赋值的含义

🗨️代码演示：
d1 = d2

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 2024, int month = 5, int day = 28)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	Date& operator=(const Date& d)
	{
		// &d 是取地址
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
		return *this;// 返回左操作数d1
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{

	Date d1(2024, 5, 28);
	Date d2(2024, 5, 27);

	d1 = d2;// 两个已经存在的对象
	return 0;
}

上述代码中，if 语句就是防止自己给自己赋值。

🫧返回值引用和不加引用的区别

Date& operator=(const Date& d) // 加上引用
{...}
Date operator=(const Date& d)  // 去掉引用
{...}

🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	// 构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// 拷贝构造
	Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
		cout << "Date(const Date& d)" << endl;
	}
	// 赋值重载
	Date operator=(const Date& d)
	{
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
		return *this;//返回d1
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2024, 5, 28);
	Date d2(2024, 5, 20);
	Date d3(2024, 5, 21);

	d1 = d2 = d3;
	return 0;
}

运行结果：

在这里插入图片描述
调用了两次拷贝构造函数
1️⃣ 第一次调用：是d2=d3，因为是从左往右的，所以d2=d3先
又因为传值返回不会直接返回对象，而是生成一个拷贝构造
由下图可见，d3拷贝给给d2
在这里插入图片描述

2️⃣
d2=d3这个过程结束后，会生成一个临时变量“tmp”，再把tmp作为返回值调用，又因为传值返回不会直接返回对象，而是生成一个拷贝构造，此时调用了两次拷贝构造。

在这里插入图片描述
3️⃣
这里我们再把引用&加上
🗨️代码演示：

	Date& operator=(const Date& d)
	{
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
		return *this;
	}

调试结果：

在这里插入图片描述
我去！减少了拷贝调用，神奇

🫧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

🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// 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
Date& operator=(Date& left, const Date& d)
{
	if (&left != &d)
	{
		left._year = d._year;
		left._month = d._month;
		left._day = d._day;
	}
	return left;
}
// 报错

运行结果：

在这里插入图片描述

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。

🫧编译器生成的默认赋值运算符重载

赋值重载其实也是默认成员函数之一
我们不写，编译器会自己生成
在这里插入图片描述
1️⃣对于内置类型
🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2024, 5, 28);
	Date d2(2024, 5, 20);

	d1 = d2;

	return 0;
}

调试结果：

在这里插入图片描述
2️⃣对于自定义类型：
🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Time
{
public:
	Time(int hour = 1, int minute = 1, int second = 1)
	{
		_hour = hour;
		_minute = minute;
		_second = second;
	}
	Time& operator=(const Time& t)
	{
		if (this != &t)
		{
			_hour = t._hour;
			_minute = t._minute;
			_second = t._second;
		}
		return *this;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

	Time _t;
};
int main()
{
	Date d1(2024, 5, 20);
	Date d2(2024, 6, 21);
	d1 = d2;
	return 0;
}

调试结果
在这里插入图片描述

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
所以，默认生成的赋值运算符重载

  • 内置类型成员变量是直接赋值的
    会完成字节序值拷贝 —— 浅拷贝
  • 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
    调用它的 operator= 赋值

疑问：既然编译器会自己默认生成，已经可以完成字节序的值拷贝了，我们还需要自己实现吗？
和上面刚刚讲的拷贝构造那儿意思一样，日期类可以这样，有时候还是需要自己实现的，这里我就不多赘述了

🚩const成员

🫧const 成员

🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date()
	{
		_year = 2024;
		_month = 5;
		_day = 29;
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	d1.Print();

	Date d2;
	d2.Print();

	return 0;
}

运行结果：

没问题，编译成功
在这里插入图片描述

但是如果我们用const来修饰这个对象呢？

🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date()
	{
		_year = 2024;
		_month = 5;
		_day = 29;
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	d1.Print();

	// 同样的代码 就加了个关键字
	const Date d2;
	d2.Print();

	return 0;
}

运行结果

在这里插入图片描述

编译器报错是因为在尝试调用d2.Print();时，Print()函数没有被声明为const成员函数，而d2是一个常量对象，因此编译器无法允许在常量对象上调用非const成员函数，因为非const成员函数可能会修改对象的状态，也就是从只读状态变成了可读可写，属于是权限放大了，我们之前也讲过权限不能放大，只能缩小。

🫧const修饰成员函数

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

加上const，保持权限统一

void Print() const

🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date()
	{
		_year = 2024;
		_month = 5;
		_day = 29;
	}
	void Print() const
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	d1.Print();

	const Date d2;
	d2.Print();

	return 0;
}

在这里插入图片描述
🍵
const修饰的是成员函数，用来指示该函数不会修改对象的状态。在类中声明成员函数时，如果不希望该函数修改对象的状态，则应该将其声明为const成员函数。

this指针是一个隐含的指向当前对象的指针，在成员函数中可以使用它来访问当前对象的成员变量和成员函数。当一个成员函数被调用时，编译器会自动将当前对象的地址传递给this指针。在const成员函数中，this指针的类型是指向常量对象的指针（const ClassName* const this），这意味着不能通过this指针修改对象的成员变量。

🔺小结

  • 成员函数，如果是一个 对成员变量只进行读访问的 函数 —> 建议加const，这样const对象和非const对象都可以用。
  • 成员函数，如果是一个 对成员变量要进行读写访问的 函数 —> 不能加const，否则不能修改成员变量。

🫧思考

  1. const对象可以调用非const成员函数吗？
    不可以，权限放大
  2. 非const对象可以调用const成员函数吗？
    可以，权限缩小
  3. const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗？
    不可以，权限放大
  4. 非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗？
    可以，权限缩小

🚩取地址及const取地址重载

🫧取地址重载

在这里插入图片描述

由上图可见，取地址重载也是默认成员函数
看名字就知道是取地址的
🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	Date* operator&()
	{
		// this是指针，指向对象地址，返回this就是返回对象地址
		return this;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2024, 5, 28);
	cout << &d1 << endl;
	return 0;
}

运行结果

在这里插入图片描述

🫧const取地址重载

🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	const Date* operator&() const
	{
		return this;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	const Date d1(2024, 5, 28);
	cout << &d1 << endl;
	return 0;
}

运行结果

在这里插入图片描述

🫧取地址重载和const取地址重载一般不需要重载

这两个默认成员函数一般不用重新定义 ，编译器默认会生成。
🗨️代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	const Date d1(2024, 5, 28);
	cout << &d1 << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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！
可以返回一个假地址
在这里插入图片描述
完~end

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