【C++】踏上C++的学习之旅（七）：深入“类和对象“世界，掌握编程的黄金法则（二）(内含构造函数和析构函数)

已于 2024-11-12 09:49:25 修改
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文章标签： c++ 学习 开发语言
于 2024-11-11 19:26:16 首次发布
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文章目录


哈哈哈

前言

在踏上C++的学习之旅（六）：深入“类和对象“世界，掌握编程的黄金法则（一）中，我给大家讲解了"类"的定义以及如何使用类创建出对象。那么在本文中，我们将继续深入了解"类和对象"的细节，其中我们会给大家深入的讲解构造函数和析构函数。

话不多说，让我们继续探索"类和对象"世界吧！！！

哈哈哈

1. 类的6个默认的成员函数

如果一个类中什么成员都没有，我们简称它为"空类"。

//A类就是一个空类
class A{};

那空类中真的什么都没有没有吗？其实不然，任何类在什么都不写时，编译器会默认生成6个默认的成员函数。(这个点十分重要！后面再每个章节中，我会带着大家感受这些默认成员函数的存在)

那这里我们就可以给默认成员函数下一个定义了：

默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会自动生成的成员函数称为默认成员函数

这里我先大家简单认识一下这6个默认成员函数，文章的后面还会再次讲解的！

6个默认成员函数
以上的6个默认成员函数，我们重点学习前4个（构造函数、析构函数、拷贝构造函数以及赋值运算符重载函数）。

本文会先重点讲解构造函数和析构函数！！！

2. 构造函数和析构函数的“好处”

为了让大家更好的理解构造函数和析构函数存在的价值，这里我会给大家举一个例子。（其中可能会涉及一些构造函数和析构函数的语法，如果大家不是很了解的话，可以想理解这两个函数带来的好处，后面我会重点讲解这两个函数）

如果我们按照C语言的那套思维，用C++实现一个栈的话，我们是这么写的：

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	void Init()
	{
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
		if (NULL == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败!!!");
			return;
		}
		_capacity = 3;
		_size = 0;
	}
	void Push(DataType data)
	{
		CheckCapacity();
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}
	void Pop()
	{
		if (Empty())
			return;
		_size--;
	}
	DataType Top() { return _array[_size - 1]; }
	int Empty() { return 0 == _size; }
	int Size() { return _size; }
	void Destroy()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = NULL;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	void CheckCapacity()
	{
		if (_size == _capacity)
		{
			int newcapacity = _capacity * 2;
			DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *
				sizeof(DataType));
			if (temp == NULL)
			{
				perror("realloc申请空间失败!!!");
				return;
			}
			_array = temp;
			_capacity = newcapacity;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};

int main()
{
	Stack s;
	s.Init(); //对创建栈变量s进行初始化
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	s.Push(4);

	printf("%d\n", s.Top());
	printf("%d\n", s.Size());
	s.Pop();
	s.Pop();
	printf("%d\n", s.Top());
	printf("%d\n", s.Size());
	s.Destroy(); //对创建栈变量s进行销毁，释放动态申请的内存
	return 0;
}

我们可以运行代码，看一下程序的结果：
运行结果

不过上面的代码对于我们来说不是那么的友好，为什么这么说呢？
我们每一次在main函数创建一个Stack的变量，都得初始化一次，完事后，还得销毁这个变量。 而且每当代码量增大时，我们往往会忘记这两个动作，导致程序出现意想不到的错误。那有的读者就会问了，我不初始化行不行？在C++的编译器上面跑的话，肯定是会报错的！
这里我用C++的编译器给大家做一个演示(不初始化Stack定义的变量)：
结果
可以看到这里的退出码非0，这就意味着程序出问题了。

那我们该怎么解决我是不是会忘记给变量初始化和销毁的问题呢？
此时，构造函数和析构函数就闪亮登场了。我在上面给大家见过构造函数的作用时完成对成员变量的初始化工作，而析构函数时完成对对象的清理工作，而且这个时编译器自动调用的，不需要我们显式调用。这不就完美的解决我们的问题了。这个就是构造函数和析构函数能给我们的好处！

经过改造的代码：

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	Stack() //这个就是构造函数
	{
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
		if (NULL == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败!!!");
			return;
		}
		_capacity = 3;
		_size = 0;
	}
	void Push(DataType data)
	{
		CheckCapacity();
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}
	void Pop()
	{
		if (Empty())
			return;
		_size--;
	}
	DataType Top() { return _array[_size - 1]; }
	int Empty() { return 0 == _size; }
	int Size() { return _size; }
	~Stack() //这个就是析构函数
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = NULL;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	void CheckCapacity()
	{
		if (_size == _capacity)
		{
			int newcapacity = _capacity * 2;
			DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *
				sizeof(DataType));
			if (temp == NULL)
			{
				perror("realloc申请空间失败!!!");
				return;
			}
			_array = temp;
			_capacity = newcapacity;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};

int main()
{
	Stack s;
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	s.Push(4);

	printf("%d\n", s.Top());
	printf("%d\n", s.Size());
	s.Pop();
	s.Pop();
	printf("%d\n", s.Top());
	printf("%d\n", s.Size());

	return 0;
}

下面的代码运行的结果：
运行结果
可以看到运行结果是正确的！

那么，经过上面的例子，想必你已经对构造函数和析构函数产生了一定的兴趣，也惊讶它们的便捷性(编译器可以自动调用)和好处。那么，下面我们就来深入解读这两个函数！！！

哈哈哈

3. 构造函数

3.1 概念

为了更好的引入概念，这里我会再举一个例子。

对于与下面的Date类：

class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "年" << _month << "月" << _day  << "日" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};


int main()
{
	Date d1;
	d1.Init(2024, 11, 11);
	d1.Print();

	Date d2;
	d2.Init(2020, 5, 20);
	d2.Print();

	return 0;
}

对于上面的Date类来说，每一次实例化一个对象就得调用Init函数对其进行初始化，这种行为是不是过于麻烦了，那能否再对象创建之初就将信息给设置进去呢？

这个方法就是"构造函数"！

🍉构造函数是一个特殊的成员函数，函数名与类名相同，创建类类型对象式由编译器自动调用，以保证每个数据成员都有一个合适的初始值，并且在对象整个的生命周期内只调用一次。

3.2 构造函数的特性

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：

  1. 函数名和类名相同。
  2. 无返回值(也不需要写void)。
  3. 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
  4. 构造函数可以重载。
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
}

这里有的读者就会提出这个一个问题：我调用无参的构造函数能不能写成Date d3();?
不行！原因是这种写法会让编译器产生调用歧义。在编译器的视角里上面的代码也可以理解是一个返回值为Date类型，函数名为d3，没有形参的函数声明！但这不是我们的本意，所以我们不能这么写！希望大家牢记，显式调用构造函数的写法！

  1. 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
	// 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
	Date d1;

	return 0;
}

上面的例子就能很好的解释特征5！当我们显式的定义了构造函数，编译器便不会生成默认的构造函数。如果我们不写，编译器才会帮我们生成对应的默认构造函数。

  1. 对于编译器生成的默认构造函数，对内置类型不做处理，对于自定义类型来说会去调用它的默认构造函数。

相信有很多读者对于什么是内置类型？什么是自定义类型？还是傻傻分不清楚，那这里我就给大家一次性讲明白。这个点在后面的学习中用途很大！

  • 所谓的"内置类型"就是C++自带的类型，不是我们用户能够自己实现的类型。比如：char、int、float、double、任何类型的指针这些都是属于内置类型。
  • 那自定义类型就是我们可以自己DIY的类型。比如：数组、结构体、类对象等等。
class Date
{
public:
	
	void Print()
	{
		cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};


int main()
{
	Date d1; //我这里没有显式的去写构造函数，因此本代码的构造函数是由编译器自己生成的默认构造函数
	d1.Print();

	return 0;
}

结果

关于编译器生成的默认成员函数，很多读者会有疑惑：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_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？？

解答：这个就是编译器默认生成构造函数的特点，对内置类型不做处理(生成随机值)，对自定义类型来说会去调用它的默认构造函数！

那接下来，我们可以验证一下编译器默认生成的构造函数有没有去调用自定义类型对应的默认构造函数。
大家可以看一下下面的代码：

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;
	int _month;
	int _day;
	// 自定义类型
	Time _t;
};

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

根据我们上面的推理，打印的结果一定有这么一句话"Time()"

代码运行的结果：
结果
所以我们的假设是成立的！

【注意】：之后C++的组委会觉得这个设计不是很好，尤其是编译器默认生成的构造函数对于内置类型不做处理这一块。为此，在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 << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
	}
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 2024; //缺省值(默认值)
	int _month = 11;
	int _day = 11;
};

int main()
{
	Date d;
	d.Print();
	return 0;
}

结果

  1. 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;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
void Test()
{
	Date d1;
	return 0;
}

答案：上面代码显然是不通过的，因为编译器在这里会产生调用歧义，编译器它不知道该调用这个Date()默认构造函数还是调用这个Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)默认构造函数。为此我们规定默认构造函数只能存在一个。

好了到这里构造函数的全部细节就去全部讲完了，这里我给大家汇总一下构造函数的特征：

序号构造函数的特征
1函数名与类名相同
2没有返回值（也不用写void）
3对象实例化时编译器会自动调用对应的构造函数
4构造函数支持函数重载
5如果类中没有显式定义构造函数，则C++编译器就会自动生成对应的默认构造函数。如果用户显式定义编译器便不再生成
6编译器生成的默认构造函数对内置类型不做处理，对自定义类型会去调用它的默认构造函数
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

4. 析构函数

4.1 概念

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。

4.2 特征

析构函数时特殊的成员函数，其特征如下：

  1. 析构函数的函数名是在类名前加上字符’~'。
  2. 无参数无返回值类型。
  3. 析构函数不支持函数重载。若用户未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
  4. 对象的生命周期结束时，C++编译器会自动调用析构函数。
class Date
{
public:

	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1) //默认构造函数
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	~Date() //析构函数
	{
		cout << "~Date()" << endl;
	}

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

int main()
{
	//这里主要是验证特征4：对象生命周期结束时，C++编译器会自动调用析构函数
	Date d1;

	return 0;
}

哈哈哈

分析：这里它打印出了"~Date"，那就说明了当对象d1的生命周期结束时，编译器是会调用析构函数的！

  1. 编译器自己生成的默认析构函数，对自定类型成员会去调用它的析构函数。
class Time
{
public:
	~Time()
	{
		cout << "~Time()" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	// 自定义类型
	Time _t;
};

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

结果

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。

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。

总结一下析构函数的特征：

序号构造函数的特征
1函数名是在类名前加上字符’~’
2没有返回值也没有参数（也不用写void）
3析构函数不支持函数重载。当用户未显式定义时，编译器会默认生成一个析构函数
4对象生命周期结束时，编译器会自动调用析构函数
5编译器默认生成的析构函数，对自定义类型来说会去调用它的默认析构函数
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

到这里本文的内容就全部讲完了。本文作为类和对象的重点知识之一,其中涉及的知识的细节是十分多的，希望读者们下来能好好理解并熟练运用构造函数和析构函数。

如果觉得本文写的不错的话，麻烦给偶点个赞吧！！！

哈哈哈

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