C++学习笔记 - 阶段三：C++核心编程 - Chapter5：类和对象-对象特性

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本文深入探讨C++中的构造函数和析构函数，阐述它们在对象初始化和清理过程中的作用。介绍了构造函数的分类、调用方式以及默认构造、析构和拷贝构造的规则。此外，还讨论了深拷贝与浅拷贝的区别，对象成员的构造顺序，以及静态成员变量和函数的特性和用法。通过对this指针的介绍，理解成员函数如何访问对象的成员，并讨论了空指针调用成员函数的情况。最后，讲解了const修饰成员函数的意义及其与常对象的关系。

阶段三：C++核心编程

Chapter5：类和对象-对象特性

5.1 对象的初始化和清理

生活中我们买的电子产品基本都会有出厂设置，在某一天我们不用的时候也会删除一些自己的信息数据以保证安全，C++中的面向对象来源于生活，每个对象也都会有初始设置以及对象销毁前的清理数据的设置。

5.1.1 构造函数和析构函数

对象的初始化和清理也是两个非常重要的安全问题，一个对象或者变量没有初始状态，对其使用后果是未知的，同样的使用完一个对象或变量，没有及时清理，也会造成一定的安全问题。

c++利用了构造函数和析构函数解决上述问题，这两个函数将会被编译器自动调用，完成对象初始化和清理工作。
对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情，因此如果我们不提供构造和析构，编译器会提供。
编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。
构造函数：主要作用在于创建对象时为对象的成员属性赋值，构造函数由编译器自动调用，无须手动调用。
析构函数：主要作用在于对象销毁前系统自动调用，执行一些清理工作。

构造函数语法：类名(){}
1.构造函数，没有返回值也不写void
2.函数名称与类名相同
3.构造函数可以有参数，因此可以发生重载
4.程序在调用对象时候会自动调用构造，无须手动调用,而且只会调用一次

析构函数语法：~类名(){}
1.析构函数，没有返回值也不写void
2.函数名称与类名相同,在名称前加上符号 ~
3.析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载
4.程序在对象销毁前会自动调用析构，无须手动调用,而且只会调用一次

#include "iostream"
using namespace std;

class Person
{
public:
	Person()        //构造函数
	{
		cout << "Person的构造函数调用" << endl;
	}
	~Person()       //析构函数
	{
		cout << "Person的析构函数调用" << endl;
	}
};
void test01()
{
	Person p;       //这个对象创建是在栈区上，栈区上的数据，在函数test01执行完毕之后，会释放这个对象
}

int main() 
{
	test01();
	cout << "=====================" << endl;
	Person p;

	system("pause");//作用是：在调试控制台窗口上打印一行话：请按任意键继续...  若非如此，看到调试窗口时间短，
	return 0;
}
/*
对上面的示例进行补充剖析：
* 1.构造函数就等同于初始化。
* 2.析构函数就等同于清理。
* 3.调用test01这个函数，函数内部只是创建了一个对象，程序员并没有调用 构造函数 和 析构函数，
    但是 编译器会调用执行 构造函数 和 析构函数，而且只调用执行一次，
    如果程序员自己不写 构造函数 和 析构函数，
    那么编译器也会自己创建一个 自己执行一次 只不过编译器自己创建的这两个函数是空函数，
    函数体内部什么都没有，因此程序员也看不到，程序员自己去写的话 可以通过打印看到。
* 4.注意观察这里的Person p;
    一个是在全局函数test01内部创建的，该对象存在于栈区，
    一个是在main函数中创建的，该对象存在于全局区，
    这两个对象用完之后释放的时机是不同的，因此通过输出的结果可以发现两个对象调用析构函数的时机是不同的。

输出结果如下：
在这里插入图片描述

5.1.2 构造函数的分类及调用

两种分类方式：
按参数分为：有参构造和无参构造其中无参构造也成为默认构造
按类型分为：普通构造和拷贝构造
三种调用方式：
括号法
显示法
隐式转换法

#include "iostream"
using namespace std;

class Person 
{
public:
	Person() 	             //无参（默认）构造函数
	{
		cout << "Person的无参构造函数调用!" << endl;
	}
	Person(int a)            //有参构造函数
	{
		age = a;
		cout << "Person的有参构造函数调用!" << endl;
	}
	Person(const Person& p)  //拷贝构造函数
	{
		age = p.age;         //将传入的对象身上的所有属性，拷贝过来
		cout << "Person的拷贝构造函数调用!" << endl;
	}
	~Person()                //析构函数
	{
		cout << "析构函数!" << endl;
	}
public:
	int age;                 //属性   年龄
};
void test01()                //调用无参构造函数
{
	Person p;
}
void test02()                //调用有参的构造函数
{
	//方式1  括号法，比较常用，因为好用，思路清晰
	Person p1(10);
	Person p2(10);           //有参构造函数
	Person p3(p2);           //拷贝构造函数
	
	//方式2 显式法
	Person p4 = Person(10);  //会调用有参构造
	Person p5 = Person(p4);  //拷贝构造
	//Person(10);            //Person(10)单独写就是匿名对象  当前行结束之后，马上析构

	//方式3 隐式转换法
	Person p6 = 10;          //相当于 Person p6 = Person(10); 
	Person p7 = p6;          //相当于 Person p7 = Person(p6); 
}

int main() 
{
	test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}
/*
对上面的示例进行补充剖析：
* 1.示例中写拷贝构造函数时是这样写的：Person(const Person& p){}
    为什么这里要加上const：是因为拷贝的意义是要是一模一样的，不能被修改。
* 2.示例中test01函数内部Person p;的意义是调用无参构造函数；也是实例化对象，无参构造函数本身就是编译器默认的函数，
	如果写成Person p();编译器会认为这是一个函数声明，编译器不会认为是在创建对象，因此调用无参构造函数不能加括号。
* 3.不能利用拷贝构造函数初始化匿名对象，编译器认为是对象声明。//Person p5(p4);
*/

输出结果如下：
在这里插入图片描述

5.1.3 拷贝构造函数调用时机

C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况
1.使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象这就好像是复制克隆
2.值传递的方式给函数参数传值
3.以值方式返回局部对象

#include "iostream"
using namespace std;

class Person 
{
public:
	Person() 
	{
		cout << "Person的无参构造函数 调用!" << endl;
		mAge = 0;
	}
	Person(int age) 
	{
		cout << "Person的有参构造函数 调用!" << endl;
		mAge = age;
	}
	Person(const Person& p) //拷贝构造函数的写法 要注意 const不能丢掉
	{
		cout << "Person的拷贝构造函数 调用!" << endl;
		mAge = p.mAge;
	}
	~Person()               //析构函数在释放内存之前调用
	{
		cout << "Person的析构函数 调用!" << endl;
	}
public:
	int mAge;
};

//1. 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
void test01() 
{
	Person man(100);        //p对象已经创建完毕
	Person newman(man);     //调用拷贝构造函数
	cout << "newman的数据为：" << newman.mAge << endl;//打印就是100  说明把数据拷贝过来了
	Person newman2 = man;   //拷贝构造
	//Person newman3;
	//newman3 = man;        //不是调用拷贝构造函数，赋值操作
}
//2. 值传递的方式给函数参数传值
//相当于Person p1 = p;
void doWork(Person p1) 
{
//这里什么也不写，然后main函数调用test02时会调用该函数，看看打印
	//打印调用了无参构造函数 和 拷贝构造函数
}
void test02() 
{
	Person p; //无参构造函数
	doWork(p);
}
//3. 以值方式返回局部对象
Person doWork2()
{
	Person p1;
	cout << (int*)&p1 << endl;
	return p1;
}
void test03()
{
	Person p = doWork2();
	cout << (int*)&p << endl;
}

int main() 
{
	//test01();
	//test02();
	test03();

	system("pause");
	return 0;
}
/*

*/

5.1.4 构造函数调用规则

默认情况下，c++编译器至少给一个类添加3个函数
1．默认构造函数(无参，函数体为空)
2．默认析构函数(无参，函数体为空)
3．默认拷贝构造函数，对属性进行值拷贝
构造函数调用规则如下：
如果用户定义有参构造函数，c++不再提供默认无参构造，但是会提供默认拷贝构造
如果用户定义拷贝构造函数，c++不会再提供其他构造函数

#include "iostream"
using namespace std;

class Person 
{
public:
	Person() 	           //无参（默认）构造函数
	{
		cout << "无参构造函数!" << endl;
	}
	Person(int a) 	       //有参构造函数
	{
		age = a;
		cout << "有参构造函数!" << endl;
	}
	//Person(const Person& p)//拷贝构造函数
	//{
	//	age = p.age;
	//	cout << "拷贝构造函数!" << endl;
	//}
	~Person() 	           //析构函数
	{
		cout << "析构函数!" << endl;
	}
public:
	int age;
};

void test01()
{
	Person p1(18);
	Person p2(p1);    //如果不写拷贝构造，编译器会自动添加拷贝构造，并且做浅拷贝操作
	                  //如果把类中自己写的拷贝构造函数屏蔽掉，这里执行了拷贝函数，
	                  //那么下面的打印依然是 18 ，是因为拷贝构造函数是编译器会默认生成的（如果用户不创建拷贝构造函数的话）
	cout << "p2的年龄为： " << p2.age << endl;
}
void test02()
{
	//如果用户提供有参构造，编译器不会提供默认构造，会提供拷贝构造
	Person p1;       //此时如果用户自己没有提供默认构造，会出错
	Person p2(10);   //用户提供的有参
	Person p3(p2);   //此时如果用户没有提供拷贝构造，编译器会提供

	//如果用户提供拷贝构造，编译器不会提供其他构造函数
	Person p4;       //此时如果用户自己没有提供默认构造，会出错
	Person p5(10);   //此时如果用户自己没有提供有参，会出错
	Person p6(p5);   //用户自己提供拷贝构造
}

int main() 
{
	test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

5.1.5 深拷贝与浅拷贝

深浅拷贝是面试经典问题，也是常见的一个坑

浅拷贝：简单的赋值拷贝操作
深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作
总结：如果属性有在堆区开辟的，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题

#include "iostream"
using namespace std;

class Person 
{
public:
	Person()                       //无参（默认）构造函数
	{
		cout << "无参构造函数!" << endl;
	}
	Person(int age, int height)    //有参构造函数
	{
		cout << "有参构造函数!" << endl;
		m_age = age;
		m_height = new int(height);//因为用了new 所以height在堆区
	}
	Person(const Person& p)        //拷贝构造函数  
	{
		cout << "拷贝构造函数!" << endl;
		m_age = p.m_age;           //如果不利用深拷贝在堆区创建新内存，会导致浅拷贝带来的重复释放堆区问题
		m_height = new int(*p.m_height);
	}
	~Person()                      //析构函数，将堆区开辟的数据做释放操作
	{
		cout << "析构函数!" << endl;
		if (m_height != NULL)      //这里一定要进行判断，防止二次释放
		{
			delete m_height;       //释放该内存空间
			m_height = NULL;       //为了防止野指针的出现，这里也进行一个赋值的操作
		}
	}
public:
	int m_age;
	int* m_height;
};

void test01()
{
	Person p1(18, 180);            //这里调用的是有参构造函数
	Person p2(p1);                 //用括号法
	cout << "p1的年龄： " << p1.m_age << " 身高： " << *p1.m_height << endl;
	cout << "p2的年龄： " << p2.m_age << " 身高： " << *p2.m_height << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}
/*
对上面的示例进行补充剖析：
* 1.在示例中，可以看到类中同时存在几个Person函数，这用到了前面学的C++中的函数重载
* 2.浅拷贝的坑存在于什么地方？
    浅拷贝就是：用户自己没有写拷贝构造函数，而利用编译器默认创建的拷贝构造函数（或者用户自己写了拷贝构造函数，但是函数内部没有进行相应的操作）。
    编译器默认创建的拷贝构造函数是什么东西都拷贝了，这会造成一个问题，
    就是当遇到要拷贝的属性是存在于堆区的时候，拷贝过去的指针是同一个地址，而用完之后就要调用析构函数了，那么拷贝函数的析构就会释放一次堆区地址，但是本身的那个构造函数的析构也要释放的，就会造成二次释放 就会报错，
    因此，为了解决这个问题，就要采用深拷贝。
    深拷贝就是：要用户自己写一个拷贝构造函数，同时如果遇到要创建在堆区的变量时，就用new，然后释放的时候就在析构函数中释放，释放的时候进行判断，看看是否已经释放过了
*/

5.1.6 初始化列表

作用：C++提供了初始化列表语法，用来初始化类中的属性
语法：构造函数()：属性1(值1),属性2（值2）… {}

#include "iostream"
using namespace std;

class Person 
{
public:
	Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}   //初始化列表方式初始化
	void PrintPerson()                                       //打印出来
	{
		cout << "mA:" << m_A << endl;
		cout << "mB:" << m_B << endl;
		cout << "mC:" << m_C << endl;
	}
private:
	int m_A;
	int m_B;
	int m_C;
};
int main() 
{
	Person p(1, 2, 3);
	p.PrintPerson();

	system("pause");
	return 0;
}
/*
对上面的示例进行补充剖析：
* 方式一：传统方式初始化
Person(int a, int b, int c) 
{
	m_A = a;
	m_B = b;
	m_C = c;
}
* 方式二：初始化列表方式初始化
Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}
一对比就知道那个初始化简洁方便了
*/

输出结果如下：
在这里插入图片描述

5.1.7 类对象作为类成员

C++类中的成员可以是另一个类的对象，我们称该成员为对象成员
例如：
class A {};
class B
{
A a;
};
B类中有对象A作为成员，A为对象成员
那么当创建B对象时，A与B的构造和析构的顺序是谁先谁后？
结论：当其他类对象作为本类成员，构造时候先构造类对象，再构造自身，析构的顺序与构造相反

#include "iostream"
using namespace std;

class Phone
{
public:
	Phone(string name)
	{
		m_PhoneName = name;
		cout << "Phone构造" << endl;
	}
	~Phone()
	{
		cout << "Phone析构" << endl;
	}
	string m_PhoneName;
};
class Person
{
public:
	//初始化列表可以告诉编译器调用哪一个构造函数
	Person(string name, string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName)
	{
		cout << "Person构造" << endl;
	}
	~Person()
	{
		cout << "Person析构" << endl;
	}
	void playGame()
	{
		cout << m_Name << " 使用" << m_Phone.m_PhoneName << " 牌手机! " << endl;
	}

	string m_Name;
	Phone m_Phone;

};
void test01()
{
	//当类中成员是其他类对象时，我们称该成员为 对象成员
	//构造的顺序是 ：先调用对象成员的构造，再调用本类构造
	//析构顺序与构造相反
	Person p("张三", "华为Mate40Pro");
	p.playGame();

}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

5.1.8 静态成员变量

静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称为静态成员
静态成员分为：静态成员变量和静态成员函数

静态成员变量
1.所有对象共享同一份数据这意味着：有一个地方改变了这个变量，其他调用的地方都跟着改变了
2.在编译阶段分配内存这意味着：该变量存在于四区中的全局区因为程序还没有开始运行，不可能在栈区和堆区
3.类内声明，类外初始化这意味着：该变量必须要有一个初始值

#include "iostream"
using namespace std;

//示例1 ：静态成员变量
class Person
{
public:
	//这里就是类内声明，类外初始化的  类内声明
	static int m_A; //静态成员变量

	//静态成员变量特点：
	//1 在编译阶段分配内存
	//2 类内声明，类外初始化
	//3 所有对象共享同一份数据

private:
	static int m_B; //静态成员变量也是有访问权限的
};
//这里就是类内声明，类外初始化的  类外初始化
int Person::m_A = 10;//本来的全局是这样的 int m_A = 10; 然后这里加上:: 是为了说明这是哪个类作用域下的 Person:: 说明是Person类作用域下的
int Person::m_B = 10;

void test01()
{
	//静态成员变量两种访问方式
	//1、通过对象
	Person p1;
	p1.m_A = 100;
	cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl;

	Person p2;
	p2.m_A = 200;
	cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl; //共享同一份数据
	cout << "p2.m_A = " << p2.m_A << endl;

	//2、通过类名
	cout << "m_A = " << Person::m_A << endl;
	//cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; //私有权限访问不到
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

5.1.9 静态成员函数

静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称为静态成员
静态成员分为：静态成员变量和静态成员函数

静态成员函数
1.所有对象共享同一个函数
2.静态成员函数只能访问静态成员变量

#include "iostream"
using namespace std;

//示例2 ：静态成员函数
class Person
{
public:
	//静态成员函数特点：
	//1 程序共享一个函数
	//2 静态成员函数只能访问静态成员变量
	static void func()
	{
		cout << "func调用" << endl;
		m_A = 100;
		//m_B = 100; //错误，不可以访问非静态成员变量
	}
	static int m_A; //静态成员变量
	int m_B; // 
private:
	//静态成员函数也是有访问权限的
	static void func2()
	{
		cout << "func2调用" << endl;
	}
};
int Person::m_A = 10;

void test01()
{
	//静态成员变量两种访问方式
	//1、通过对象
	Person p1;
	p1.func();
	//2、通过类名
	Person::func();
	//Person::func2(); //私有权限访问不到
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

5.2 C++对象模型和this指针

5.2.1 成员变量和成员函数分开存储

在C++中，类内的成员变量和成员函数分开存储
只有非静态成员变量才属于类的对象上

#include "iostream"
using namespace std;




/*
class Person
{
//这里说明也不写,就是空类
}
int main()
{
	Person p;
	//空对象占用内存空间为：1
	//C++编译器会给每个空对象也分配一个字节空间，是为了区分空对象占内存的位置，
	//每个空对象也应该有一个独一无二的内存地址
	cout << "sizeof p = " << sizeof(p) << endl;//打印结果是 1
	cout << sizeof(Person) << endl;            //打印结果是 1
	system("pause");
	return 0;
}
*/
class Person 
{
public:
	Person() 
	{
		mA = 0;
	}
	//只有非静态成员变量占对象空间
	int mA;
	//静态成员变量不占对象空间
	static int mB;
	//函数也不占对象空间，所有函数共享一个函数实例
	void func() 
	{
		cout << "mA:" << this->mA << endl;
	}
	//静态成员函数也不占对象空间
	static void sfunc() 
	{

	}
};

void test01()
{
	Person p;
	//空对象占用内存空间为：1
	//C++编译器会给每个空对象也分配一个字节空间，是为了区分空对象占内存的位置
	cout << "sizeof p = " << sizeof(p) << endl;
}


int main() 
{
	test01();


	cout << sizeof(Person) << endl;

	system("pause");

	return 0;
}

5.2.2 this指针的用途

#include "iostream"
using namespace std;

/*
* 4.3.2 this指针概念
* 
* 通过4.3.1我们知道在C++中成员变量和成员函数是分开存储的
* 每一个非静态成员函数只会诞生一份函数实例，也就是说多个同类型的对象会共用一块代码
* 那么问题是：这一块代码是如何区分那个对象调用自己的呢？
* 
* c++通过提供特殊的对象指针，this指针，解决上述问题。this指针指向被调用的成员函数所属的对象  
* //其中 “this指针指向被调用的成员函数所属的对象”   的意思是：对象p1调用成员函数，this指针就指向p1，对象p2调用成员函数，this指针就指向p2，以此，
* 
* this指针是隐含每一个非静态成员函数内的一种指针     //用户不需要去定义，它本身就存在于 非静态成员函数
* this指针不需要定义，直接使用即可
* 
* this指针的用途：
*   1.当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分
*   2.在类的非静态成员函数中返回对象本身，可使用return *this
*
*
* 
*/
class Person
{
public:

	Person(int age)
	{
		//age = age;//这样是错误的
		
		//1、当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分
		// this指针指向被调用的成员函数所属的对象 
		this->age = age;
	}

	Person& PersonAddPerson(Person p)
	{
		//this->age是属性的年龄
		//p.age是对象p的年龄
		this->age += p.age;//把对象p的年龄 加到 属性自身的年龄上去
		//2.返回对象本身
		return *this;//
	}

	int age;//成员变量
};

void test01()
{
	Person p1(10);
	cout << "p1.age = " << p1.age << endl;

	Person p2(10);
	p2.PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1);//链式编程思想
	cout << "p2.age = " << p2.age << endl;
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

5.2.3 空指针访问成员函数

#include "iostream"
using namespace std;

/*
* 4.3.3 空指针访问成员函数
* 
* C++中空指针也是可以调用成员函数的，但是也要注意有没有用到this指针
* 如果用到this指针，需要加以判断保证代码的健壮性  //这里有一个坑需要注意
* 
* 示例如下：
*/
//空指针访问成员函数
class Person 
{
public:

	void ShowClassName() 
	{
		cout << "我是Person类!" << endl;
	}

	void ShowPerson() 
	{
		if (this == NULL) 
		{
			return;
		}
		//如果是空指针就不会执行下面的语句，程序就不会崩溃

		/*
		如果这里不加上这个判断的话，
		全局函数test01中的 
		p->ShowClassName();正常，因为函数实体没有调用属性相关的语句
		p->ShowPerson(); 会崩掉 报错  因为函数实体有调用属性相关的语句
		*/
		cout << m_Age << endl;//这句话其实就是：cout << this->m_Age << endl; 而this指向的是个空指针没有实体也就是说其实是没有确定的对象，所以无法访问属性，
	}

public:
	int m_Age;
};

void test01()
{
	Person* p = NULL;   //创建一个指针，这个指针指向空NULL  空指针
	p->ShowClassName(); //空指针，可以调用成员函数
	p->ShowPerson();    //但是如果成员函数中用到了this指针，就不可以了
}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

5.2.4 const修饰成员函数

#include "iostream"
using namespace std;

/*
* 4.3.4 const修饰成员函数
* 
* 常函数：
* 1.成员函数后加const后我们称为这个函数为常函数
* 2.常函数内不可以修改成员属性
* 3.成员属性声明时加关键字mutable后，在常函数中依然可以修改
* 
* 常对象：
* 1.声明对象前加const称该对象为常对象
* 2.常对象只能调用常函数
* 
* 
* 示例如下：
*/
class Person 
{
public:
	Person() 
	{
		m_A = 0;
		m_B = 0;
	}
	//this指针的本质是一个指针常量，指针的指向不可修改
	//如果想让指针指向的值也不可以修改，需要声明常函数
	void ShowPerson() const 
	{
		//const Type* const pointer;
		//this = NULL; //不能修改指针的指向 Person* const this;
		//this->mA = 100; //但是this指针指向的对象的数据是可以修改的

		//const修饰成员函数，表示指针指向的内存空间的数据不能修改，除了mutable修饰的变量
		this->m_B = 100;
	}
	void MyFunc() const 
	{
		//mA = 10000;
	}
public:
	int m_A;
	mutable int m_B; //可修改 可变的
};

//const修饰对象  常对象
void test01() 
{

	const Person person; //常量对象  
	cout << person.m_A << endl;
	//person.mA = 100; //常对象不能修改成员变量的值,但是可以访问
	person.m_B = 100; //但是常对象可以修改mutable修饰成员变量

	//常对象访问成员函数
	person.MyFunc(); //常对象不能调用const的函数

}

int main() 
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}