类与对象(中)
1.类的6个默认成员函数
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。
2. 构造函数
2.1 概念
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,d2;
d1.Init(2018,5,1);
d1.Print();
}
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
2.2 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。
其特征如下:
- 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。
class Date
{
public:
//构造函数,与类名同名,无返回值
Date() //无参构造函数
{
_year = 0;
_month = 1;
_day = 1;
}
//构造函数支持函数重载
Date(int year,int month,int day) //带参构造函数
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1; //调用无参构造函数
Date d2(2022, 1, 19); //调用带参构造函数
return 0;
}
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
错误写法:
Date d3();
上面写法, 声明了
d3
函数,该函数无参,返回一个日期类型的对象
2.2.5
- 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:
void Print()
{
cout<< _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Print();
return 0;
}
运行结果:
- 关于编译器生成的默认成员函数,有疑惑: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?d对象调用了编译器生成的默认构造函数,但是d对象依旧是随机值。也就说在这里编译器生成的默认构造函数并没有什么用
2.2.6
在C++里面把类型分为两类:内置类型(又叫基本类型)、自定义类型
内置类型:内置类型就是语法已经定义好的类型,比如int/char…
自定义类型:struct/class定义的类型
编译器处理规则:
内置类型成员不处理
自定义类型成员, 调用它的构造函数
class Stack
{
public:
Stack()
{
cout << "Stack()" << endl;
_a = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
private:
int* _a;
int _size;
int _capacity;
};
class MyQueue {
public:
void push(int x) {
}
Stack _pushST;
Stack _popST;
};
int main()
{
MyQueue q;
return 0;
}
对于自定义类型MyQueue
不用自己去初识化, 编译器会自动生成一个默认构造函数去初识化
运行结果:
补丁
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 Date
{
public:
void Print()
{
cout<< _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
//声明位置给缺省值
int _year=1;
int _month=1;
int _day=1;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Print();
return 0;
}
运行结果:
2.2.7
- 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。
class Date
{
public:
Date()
{
_year = 1900;
_month = 1;
_day = 1;
}
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;
return 0;
}
编译报错: 类 “Date” 包含多个默认构造函数
语法上无参的和全缺省的可以同时存在,但是无参调用时会出现问题,不知道要调用哪个, 存在歧义
推荐写法:
//使用缺省参数(全缺省或者半缺省)实现函数重载(推荐使用)
Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
3.析构函数
3.1 概念
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。
3.2 特性
析构函数是特殊的成员函数,其特征如下:
- 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 Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
~Date()
{
cout << "~Date()" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
return 0;
}
运行结果:
3.2.5
- 如果我们不写析构函数,编译器会自动生成默认析构函数,它对内置类型的成员变量不做处理(但是对于某些内置类型,比如malloc出来的需要我们自己析构), 对自定义类型的成员变量会调用它的析构函数。
编译器处理规则:
内置类型成员不处理
自定义类型成员, 调用它的析构函数
class Stack
{
public:
Stack(int capacity = 4)
{
_a = (int*)malloc(capacity * sizeof(int));
if (_a == nullptr)
{
cout << "malloc failed\n" << endl;
exit(-1);
}
_capacity = capacity;
_top = 0;
}
~Stack()
{
//_a是内置类型,但是我们需要自己析构
free(_a);
_a = nullptr;
_top = 0;
_capacity = 0;
}
private:
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
// 两个栈实现一个队列
class MyQueue {
public:
// 默认生成的构造函数和析构函数会对自定义类型成员调用他的默认构造函数和析构函数
void push(int x) {
}
private:
Stack pushST;
Stack popST;
};
int main()
{
MyQueue q;
return 0;
}
3.2.6
- 如果类中没有申请资源时,析构函数可以不写,直接使用编译器生成的默认析构函数,比如Date类; 有资源申请时,一定要写,否则会造成资源泄漏,比如Stack类。
4. 拷贝构造函数
4.1 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),在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。
4.2 特征
特征1, 2
拷贝构造函数也是特殊的成员函数,其特征如下:
- 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
- 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用,使用传值方式编译器直接报错,因为会引发无穷递归调用
对比传值传参和引用传参
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(Date d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
//传值传参
void Func1(Date d)
{
}
// 传引用传参
void Func2(Date& d)
{
}
int main()
{
Date d1(2023, 2, 3);
Func1(d1);
Func2(d1);
return 0;
}
调试:
传值传参
调用Func1函数
F11进入函数,我们会发现,先去调用了拷贝构造函数
然后才调用Func1函数
说明传值传参时,将实参d1传递给形参d,就是用对象d1去构造对象d,会调用拷贝构造函数(传值传参会调用拷贝构造函数)
引用传参
调用Func2函数
F11进入函数,我们会发现,直接调用Func2函数
说明引用传参时,不会调用拷贝构造函数
拷贝构造函数参数是传值方式
拷贝构造函数参数是传值方式时, 会引发无穷递归的问题
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(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;
};
// 传值传参
// 内置类型,编译器可以直接拷贝
// 自定义类型的拷贝,需要调用拷贝构造
int main()
{
Date d1(2023, 2, 3);
Date d2(d1); // Date d2(d1)和Date d2 = d1 语句意思都是将d1的值拷贝给d2
Date d2 = d1;
return 0;
}
特征3
- 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。
默认的拷贝构造函数:
对于内置类型成员变量,按照字节序拷贝(值拷贝,或者浅拷贝)
对于自定义类型成员变量,会调用它的拷贝构造函数
那么是不是意味着在任何情况下都可以不写拷贝构造函数呢?
不是的
定义了两个栈,实现st1拷贝到st2, 栈中的top和capacity会按照字节序拷贝, 可是两个栈中的两个指针指向同一块空间时,当两个对象销毁时,自动调用析构函数,两次析构同一块空间是存在问题的,这时候就需要我们自己来实现该类的拷贝构造函数(实现该指针变量的深拷贝,重新开辟空间,两个指针变量指向不同的空间,但是空间内的东西是一样的)。
自己写拷贝构造函数的情况
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。
5.赋值运算符重载
5.1 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。
函数名字为: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 ?: .
注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。
//全局的operator
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;
};
//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?
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(2023, 2, 3);
Date d2 = d1;
cout << (d1 == d2) << endl;
return 0;
}
上面的写法,将成员变量设置成了public,这样在类外面就能进行访问,但是这样破坏了封装性
将运算符重载函数写到类里面
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(一个隐藏的形参this指针),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(2023, 2, 3);
Date d2 = d1;
cout << (d1 == d2) << endl;
return 0;
}
5.2 赋值运算符重载
1. 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
1.1 参数是传值方式
class Date
{
public:
Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
{
_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;
}
//参数是传值方式
Date& operator=(const Date d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
return *this;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2023,2,3);
Date d2(2025,8,3);
d1 = d2;
return 0;
}
调试:
F11进入函数,我们会发现,先去调用了拷贝构造函数去传参
传参完成后再去赋值重载
1.2 传值返回
class Date
{
public:
Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
{
_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;
}
//传值返回
Date operator=(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
return *this;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2023,2,3);
Date d2(2025,8,3);
d1 = d2;
return 0;
}
调试:
首先进入赋值重载函数
然后在返回时,进入拷贝构造函数(传值传参需要调用拷贝构造)
调用完拷贝构造函数后再返回
综上:
参数类型是引用, 传引用返回可以提高效率
注意: 如果函数返回时,出了函数作用域,如果返回对象还在(还没还给系统),则可以使用引用返回,如果已经还给系统了,则必须使用传值返回。
1.3 检测是否自己给自己赋值 + 1.4 返回*this
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date& operator=(const Date& d)
{ //检查是否自己给自己赋值
if (this != &d) //左操作数地址 == 右操作数的地址(别名的地址)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this; //返回*this :支持连续赋值
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2023, 2, 3);
Date d2(2024, 8, 3);
Date d3(2064, 8, 3);
d1 = d2= d3;
return 0;
}
2. 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;
};
// 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& d1, const Date& d2)
{
d1._year = d2._year;
d1._month = d2._month;
d1._day = d2._day;
}
int main()
{
Date d1(2023, 2, 3);
Date d2(2024, 8, 3);
d1 = d2;
return 0;
}
// 编译失败:
// error : “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。
3. 默认生成赋值运算符重载
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。
下面的代码, 可以不写赋值重载, 编译器会生成一个默认赋值运算符重载
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(2023, 2, 3);
Date d2(2024, 8, 3);
Date d3(2064, 8, 3);
d1 = d2= d3; //编译器会生成一个默认赋值运算符重载
return 0;
}
那么是不是意味着在任何情况下都可以不写赋值运算符重载函数呢?
不是的
定义了两个栈,实现s1拷贝到s2, 默认的赋值重载会将s1内容原封不动的拷贝到s2, 栈中的top和capacity会按照字节序拷贝, 但是会使两个栈中的两个指针指向同一块空间,(1)s2原来的空间消失存在内存泄露 (2)当两个对象销毁时,s1和s2共享一块空间, 编译器自动调用析构函数,两次析构同一块空间是存在问题的,这时候就需要我们自己来实现该类的赋值运算符重载函数
自己写赋值运算符重载函数的情况
注意:类中如果没有涉及资源申请时,赋值运算符是否实现都可以; 一旦涉及到资源申请必须要实现。
5.3 前置++和后置++重载
前置++:
返回+1之后的结果
this指向的对象函数结束后不会销毁,故以引用方式返回提高效率后置++:
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
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
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date& operator++()
{
_day += 1;
return *this; //*this是调用该成员函数的对象, 在函数调用结束时不会销毁
}
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;
}
5.4 区分拷贝构造和赋值重载
int main()
{
Date d1(2023, 2, 3);
Date d2(2024, 8, 3);
Date d3(2064, 8, 3);
Date d5=d1; //拷贝构造
d1 = d2; //赋值重载
return 0;
}
拷贝构造:用一个已经存在的对象初始化一个马上实例化的对象
赋值重载:两个已经存在的对象之间进行赋值拷贝
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,表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。
6.1 间接的const对象
class A
{
public:
void Print() const
{
cout << _a << endl;
}
private:
int _a = 10;
};
void Func(const A& x)
{
x.Print(); //上面的Print函数没有加const会报错, 这里是间接的const对象
}
int main()
{
A aa;
aa.Print(); //权限的缩小
Func(aa); //aa不是const修饰的对象,间接的const对象
return 0;
}
6.2 思考题
思考:可以参考C++ 入门博客中的权限问题, 链接:
-
const对象可以调用非const成员函数吗?
不可以,权限放大了。const对象(this指针的类型是:const 类类型* this)调用非const成员函数(形参this指针的类型是:类类型 this),指针的权限是指前面。 -
非const对象可以调用const成员函数吗?
可以,权限缩小了,非const类型指针传递给const类型指针。 -
const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗?
不可以,权限放大了 -
非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗?
可以,权限缩小了
总结:
权限可以缩小和保持, 权限不能放大
7. 取地址及const取地址操作符重载
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。
class AA
{
public:
//自己实现的取地址操作符重载
AA* operator&()
{
return this;
//return nullptr; //不希望别人获取对象的地址
}
const AA* operator&() const //const AA* operator&(const AA* const this)
{
return this;
}
};
int main()
{
Date d1;
d1.Print();
const Date d2;
d2.Print();
AA aa1;
cout << &aa1 << endl; //opeartor&(&aa1)
const AA aa2;
cout << &aa2 << endl;
return 0;
}
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!