C++类与对象(中篇)：构造函数、析构函数、拷贝函数（深拷贝、浅拷贝）、赋值重载、取地址重载&&const取地址重载

原创已于 2023-07-20 21:31:51 修改 · 196 阅读

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于 2023-05-09 13:26:20 首次发布

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本文介绍了C++类的六个默认成员函数，包括构造函数、析构函数、拷贝构造函数和赋值运算符重载，强调了它们的作用和特点。构造函数用于对象初始化，析构函数在对象销毁时调用。拷贝构造和赋值运算符涉及对象的复制，浅拷贝和深拷贝的概念也被提及。此外，文章还提到了流插入和提取运算符的重载，以及友元函数在访问类私有成员时的作用。

6.取地址操作符重载&&const取地址操作符重载

1.类的六个默认成员函数

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。

class A{};

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

每次类实例化出一个对象，肯定要对对象初始化，既然每次都要手动初始化，那能不能干脆直接让编译器自动调用初始化函数呢？这里构造函数其实就是这个用途。

注意：构造函数虽然叫构造，但其实是用来初始化的，可以理解成构造一个对象时自动调用的函数。

构造函数是一个特殊的成员函数，他的函数名与类名相同，是类实例化出对象时编译器自动调用的函数，并且一个对象的整个生命周期都只调用一次构造函数，这一次就是在创建对象时调用的。

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。

#include<iostream>

using namespace std;

class date
{
public:
	date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
    //由于没有传参,a被默认初始化成0,0,0
	date a;

    //b被初始化成2,2,2
    date b(2,2,2);

    //报错,前面说过对象在整个生命周期中只能调用一次构造函数,
    //并且这次由编译器来调用,不可自己手动调用
	a.date(1, 1, 1);
	return 0;
}

如果类中没有显式定义构造函数，则编译器会自动生成一个无参的构造函数。如果类中显式定义了构造函数，则编译器不会生成。

既然类中没有定义构造函数，编译器会自动生成一个，那这个自动生成的构造函数会干啥？有什么用？

答：有的编译器生成的构造函数会把成员变量初始化成0，有的编译器不做初始化，所以这里默认所以编译器生成的构造函数都不初始化。

那如果类中的一个成员变量也是一个类，成员类会不会调用它自己的构造函数？

看下面这段代码运行会有什么结果

#include<iostream>
using namespace std;

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time _t;
};

int main()
{
	Date a;
	return 0;
}

下面这段呢？

#include<iostream>
using namespace std;

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time _t;
};

int main()
{
	Date a;
	return 0;
}

得出结论，不论外部类的构造函数是自己写的还是编译器生成的，都会调用成员类的构造函数。

这里补充一点：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
{
private:
	int _year = 0;
	int _month = 0;
	int _day = 0;
};

int main()
{
    //由于Date类的成员变量在声明时给了初始值
    //所以这里a初始化成了0,0,0。注意这里不是构造函数初始化的.
    //相当于a是0,0,0然后再调用构造函数,
    //但是编译器生成的构造函数对内置类型啥都不做,所以a依然是0,0,0
	Date a;

    //报错,这里不可手动初始化成1,1,1 因为这里调用的是构造函数,
    //而编译器生成的构造函数没有参数,不可传参初始化
    Date b(1,1,1);

	return 0;
}

这里再补充一个概念：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，而默认构造函数至多只能有一个，也可以不要。

因为编译器自动生成的构造函数是无参的构造函数，所以编译器自动生成的构造函数也是默认构造函数。

class Date
{
public:
	Date(int year = 5, int month = 5, int day = 5)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	Date()
	{
		_year = 1;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}
private:
	int _year = 0;
	int _month = 0;
	int _day = 0;
};

int main()
{
	Date a;//报错,类Date包含多个默认构造函数

	return 0;
}

3.析构函数

析构函数和构造函数类似，构造函数是在对象创建时调用的，析构函数则是在对象销毁时调用的。

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：构造函数可以重载，而析构函数不能重载

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()
	{
		cout << "Date" << endl;
	}
	~Date()
	{
		cout << "~Date" << endl;
	}
private:
	int _year = 0;
	int _month = 0;
	int _day = 0;
};

int main()
{
	Date a;

	return 0;
}

关于编译器自动生成的析构函数，是否会完成一些事情呢？下面的程序我们会看到，编译器生成的默认析构函数，对自定类型成员调用它的析构函数。

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time" << endl;
	}
	~Time()
	{
		cout << "~Time" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date" << endl;
	}
	
private:
	int _year = 0;
	int _month = 0;
	int _day = 0;

	Time _t;
};

int main()
{
	Date a;

	return 0;
}

注意：如果类中有成员变量也是类的话，不论是编译器自动生成的析构函数还是自己定义的析构函数，函数内部都会调用类成员变量的析构函数。而且析构函数可以手动调用。

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time" << endl;
	}
	~Time()
	{
		cout << "~Time" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "Date" << endl;
	}
	~Date()
	{
		cout << "~Date" << endl;
	}
private:
	int _year = 0;
	int _month = 0;
	int _day = 0;

	Time _t;
};

int main()
{
	Date a;

	return 0;
}

大家感兴趣的话，可以自己研究一下嵌套类的构造函数和析构函数的调用顺序。

4.拷贝构造函数

拷贝构造函数是构造函数的一种，也是用来初始化的，拷贝构造一般用于用对象给对象初始化。比如说想创建一个对象B，想让B和已存在的对象A一摸一样，就可以用A来初始化B。

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。

特征：

1.拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。

class Date
{
public:
	Date(int year = 2023,int month = 5,int day = 3)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	Date(const Date& a)//这个为拷贝构造函数,是构造函数的一种重载形式
	{
		_year = a._year;
		_month = a._month;
		_day = a._day;
	}

	~Date()
	{
		cout << "~Date" << endl;
	}
private:
	int _year = 0;
	int _month = 0;
	int _day = 0;

	Time _t;
};

int main()
{
	Date a(2020,1,1);
    Date b(a);
	return 0;
}

2.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。

思考一下如果上面的拷贝构造函数Date(Date& a)换成Date(Date a)会怎么样?

所以拷贝构造函数的参数最好用引用，引用就不存在初始化对象的问题了，连构造函数都不会调用，自然也就不会陷入死循环了。

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。

class stack
{
public:
	stack(int capacity = 4)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
		_top = 0;
		_capacity = capacity;
	}

	~stack()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = 0;
		_capacity = 0;
	}

    void push(int x)
	{
		_a[_top] = x;
		_top++;
	}
private:
	int* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

int main()
{
	stack a;
	a.push(1);
	
	stack b(a);

	return 0;
}

这里我没有写拷贝构造函数，如果用a来初始化b，那会调用编译器自动生成的拷贝构造函数，会发生什么？

可以看见a和b的内容一摸一样了，甚至连指针_a的内容也一样.这是浅拷贝，这里讲一下深拷贝浅拷贝的区别：

浅拷贝：

浅拷贝就是把变量的内容直接拷贝过去，上面就是浅拷贝。

深拷贝：

深拷贝则是把指针指向的地址的内容也拷贝。举个例子：上面的拷贝构造如果用深拷贝，那么a的_a指针和b的_a指针的内容肯定不同,他们指向两块大小相同位置不同的空间，_a里存放的是这块空间的地址，所有两个_a的内容肯定不同，但是_a所指向的这两块空间的内容相同,这就是深拷贝.

综上所述，栈的类型不能用浅拷贝，也就是说栈的拷贝构造不能由编译器来实现，必须手动实现。

4.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

1.赋值运算符重载

类的第四个默认成员函数是赋值运算符重载函数，要讲这个先得讲一下运算符重载是什么，我们知道定义一个相同的函数名，但是变量、返回值、函数内容都可能不同的函数。这个过程叫函数重载，那类比一下运算符重载则是定义一个相同的运算符，但是参数、返回值、内容可能不同。赋值运算符的意思就是这个相同的运算符是赋值运算符。关键字operator运算符()。运算符重载也是一个函数，函数名是operator加上需要重载的运算符，参数是运算符的操作数。

//这是赋值运算符重载
//这个函数有两个参数，一个是this指针，一个是a；
date& operator=(date& a)
{
    _year = a._year;
	_month = a._month;
	_day = a._day;
	return *this;
}

int main()
{
    date d(2020,1,1);
    date b;

    //这里就调用了赋值运算符重载函数,operator=,
    //其中b的地址作为隐藏传参传给this指针,d被a引用
    b = d;
    return 0;
}

赋值运算符重载作为类的六大默认函数成员之一，如果没有显式定义，编译器也会默认生成一个。这个默认生成的和拷贝构造默认生成的都是浅拷贝，所以如果类中有涉及到动态内存的话，一定要自己写一个赋值运算符重载函数。

注意这种情况

int main()
{
    date a(2020,1,1);
    date b = a;
    return 0;
}

这里b其实调用的是拷贝构造，并不是赋值运算符重载函数，date b = a，就等于date b(a)。

拷贝构造是在初始化的时候调用，赋值运算符重载函数是在除初始化以外的赋值的时候调用，注意这两个函数的区别。

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。

2.date类基本运算符重载

1.const成员函数

如果我想比较两个日期是否相等，如果直接写a==b那肯定是错的。但是我就想这么写，有没有实现的方法？可以写一个==运算符重载函数。

bool date::operator==(date& a)
{
	if (_year == a._year && _month == a._month && _day == a._day)
		return true;
	return false;
}

这样就能直接使用==来判断了，但是有个问题，如果有一个对象a被const修饰了，还能这样写吗？

const date a(2020,1,1);
const date b(2019,1,1);

a == b

答案是不能，因为函数内部this接收了a的地址，而this指针的类型是date* const this，也就是说可以同过this来改变a的值，b也同理，限权被放大了，所以编译器会报错，接收b的参数date& a我们可以直接在前面加个const，但是this指针是隐式接收的，我们怎么给他前面加个const？

bool date::operator==(const date& a)const
{
	if (_year == a._year && _month == a._month && _day == a._day)
		return true;
	return false;
}

答案是在右括号外加个const，这样就相当于给*this加了个const了。const成员函数实际上这个const就是用来修饰*this的

为了避免上面的限权放大导致报错的情况，以后只要不涉及到改变对象的内容，都最好给形参加上const，

日期类除了==，还有<、 <= 、> 、>= 、!= 、+ 、+= 、- 、-= 、前置++ 、后置++ 、前置-- 、后置-- 、以及两个日期相减求相差的天数。就不一一讲了，直接把代码搬上

date.h头文件：

#include<iostream>

using namespace std;

class date
{
public:
	date(int year = 2023, int month = 4, int day = 26);
	date(const date& a);

	bool operator==(const date& a)const;
	bool operator<(const date& a)const;
	bool operator<=(const date& a)const;
	bool operator>(const date& a)const;
	bool operator>=(const date& a)const;
	bool operator!=(const date& a)const;


	date& operator=(const date& a);
	date operator+(int day)const;
	date& operator+=(int day);
	date& operator++();//前置++
	date operator++(int);//后置++
	date operator-(int day)const;
	date& operator-=(int day);
	int operator-(const date& a);

//private:
	int GetMonthDay(int year, int month);
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

inline int MIN(int a,int b)
{
	if (a < b)
		return a;
	return b;
}

date.cpp文件

#include"date.h"

date::date(int year, int month, int day)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
}

date::date(const date& a)
{
	_year = a._year;
	_month = a._month;
	_day = a._day;
}

date& date::operator=(const date& a)
{
	_year = a._year;
	_month = a._month;
	_day = a._day;
	return *this;
}

bool date::operator==(const date& a)const
{
	if (_year == a._year && _month == a._month && _day == a._day)
		return true;
	return false;
}

bool date:: operator<(const date& a)const
{
	if (_year < a._year)
		return true;
	else if (_year == a._year && _month < a._month)
		return true;
	else if (_year == a._year && _month == a._month && _day < a._day)
		return true;
	return false;
}

bool date::operator<=(const date& a)const
{
	return *this < a || *this == a;
}

bool date::operator>(const date& a)const
{
	return !(*this <= a);
}

bool date::operator>=(const date& a)const
{
	return !(*this < a);
}

bool date::operator!=(const date& a)const
{
	return !(*this == a);
}

int date::GetMonthDay(int year, int month)
{
	static int monthDayArr[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
	if (month == 2 && ((year % 4 == 0) && (year % 100 != 0) || year % 400 == 0))
		return 29;
	return monthDayArr[month];
}


date date::operator+(int day)const
{
	date ret(*this);
	ret += day;
	return ret;
}

date& date::operator+=(int day)
{
	if (day < 0)
	{
		return *this -= -day;
	}
	_day += day;
	int a = GetMonthDay(_year, _month);
	while (_day > a)
	{
		_day -= a;
		++_month;
		if (_month == 13)
		{
			++_year;
			_month = 1;
		}
		a = GetMonthDay(_year, _month);
	}
	return *this;
}

date& date::operator++()//前置++
{
	return *this += 1;
}

date date::operator++(int)//后置++
{
	date ret(*this);
	*this += 1;
	return ret;
}

date date::operator-(int day)const
{
	date ret(*this);
	ret -= day;
	return ret;
}

date& date::operator-=(int day)
{
	if (day < 0)
	{
		return *this += -day;
	}
	day -= _day;
	while (day >= 0)
	{
		--_month;
		if (_month == 0)
		{
			--_year;
			_month = 12;
		}
		_day = GetMonthDay(_year, _month);
		day -= _day;
	}
	_day = -day;
	return *this;
}

int date::operator-(const date& d)
{
	int a = MIN(_year, d._year);

	int day1 = 0, day2 = 0;

	int i = a;
	while (i <= _year)
	{
		if (i < _year)
		{
			day1 += (337 + GetMonthDay(i, 2));
		}
		else
		{
			int j = 1;
			while (j < _month)
			{
				day1 += GetMonthDay(i, j);
				j++;
			}
			day1 += _day;
		}
		i++;
	}

	i = a;
	while (i <= d._year)
	{
		if (i < d._year)
		{
			day2 += (337 + GetMonthDay(i, 2));
		}
		else
		{
			int j = 1;
			while (j < d._month)
			{
				day2 += GetMonthDay(i, j);
				j++;
			}
			day2 += d._day;
		}
		i++;
	}

	return day1 - day2;
}

这里面有一点注意：由于前置++和后置++的运算符重载函数的函数名都是operator++，为了区分他们俩，前置++的重载函数没有显式参数，后置++的重载函数的参数需要加个int，这个int没有实际用途，仅仅用来区分前置++和后置++。

3.流插入运算符重载

初识友元函数

如果想打印date类，能不能用cout来打印呢？答案是可以，只需要将<<操作符重载就行了，

其实cout是一个ostream类的对象，所以可以把cout传参，


//out不能加const，流插入本质上就是将out的内容改变。
ostream& operator<<(ostream& out, date& a)
{
	cout << a._year << "年" << a._month << "月" << a._day << "日" << endl;
	return out;
}

注意：流插入重载不能写在类的内部，因为写在类的内部会有隐式参数this指针，而this指针默认传运算符左侧的操作数的地址，流插入的左侧只能是cout，所以会发生错误，不写在类内部就没有this指针了，但是这样会引出一个问题，就是函数没有在类域中不能访问类的成员变量，为了让类外部的函数能访问类的成员变量，引入了友元函数的概念，友元函数就是在函数声明的前面加个friend

	friend ostream& operator<<(ostream& out, date& a);

友元函数放在类的内部，其相关的类外部的函数就能访问类的成员变量了。

友元函数没有公有私有之分，因为它不能被调用，所以不用区分公有私有。

class date
{
	friend ostream& operator<<(ostream& out, date& a);
    //其他函数就省略了,前面有
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

ostream& operator<<(ostream& out, date& a)
{
	cout << a._year << "年" << a._month << "月" << a._day << "日" << endl;
	return out;
}

这里扩展一下:大家知道cout<<后面跟内置类型能够自动识别类型并打印，自动识别是怎么做到的？

在cplusplus.com上可以看operator<<重载函数有这么多，所以大家应该可以猜到了，所谓的自动识别类型实际上就是把所有的内置类型都给重载了一遍，不同的类型调用不同的函数，就做到了所谓的自动识别。

4.流提取运算符重载

和流插入同理，需要写在类外部，但是要在类内部写个友元函数。

class date
{
    friend istream& operator>>(istream& in, date& a);
    //其他函数就省略了,前面有
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

istream& operator>>(istream& in, date& a)
{
	in >> a._year >> a._month >> a._day;
	return in;
}

6.取地址操作符重载&&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 Date
{ 
public :
 Date* operator&()
 {
 return this ;
 }
 
 const Date* operator&()const
 {
 return this ;
 }
private :
 int _year ; // 年
 int _month ; // 月
 int _day ; // 日
};

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！