类和对象(二)

默认成员函数

默认成员函数就是用户没有显式实现,编译器会⾃动⽣成的成员函数称为默认成员函数。

C++有六个默认成员函数,不写的情况下编译器会默认⽣成以下6个默认成员函数,最重要的是前4个,最后两个了解⼀下即可。另外,C++11以后增加了两个默认成员函数, 移动构造和移动赋值,这里先不做介绍。

虽然编译器会自动生成成员函数,但不一定符合要求,是我们想要的,如果符合要求,那其生成的函数行为是什么?我们都需要了解。所以学习默认成员函数,我们有两大点要完成:

        ●不写时,了解编译器默认⽣成的函数⾏为。

        ●自己实现,要如何去写。

但一般情况都是我们自己实现,但有些情况下就不需要实现。

六个默认成员函数分别为:


构造函数

构造函数是特殊的成员函数,其功能是在对象实例化时自动调用初始化对象。其功能相当于栈中实现Init(初始化)一样,但构造函数就不需要再调用,在实例化时就会自动调用初始化好。

其函数与类名相同,且无返回值(其不需要再写void),并且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。

#include<iostream>

class Date
{
public:
	//无参构造函数
	Date()
	{
		_year = _month = _day = 1;
	}
	//带参构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = day;
		_day = day;
	}

	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

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

int main()
{
	//无参构造函数
	Date d1;
	d1.Print();
	//有参构造函数
	Date d2(2024, 5, 5);
	d2.Print();

	return 0;
}

构造函数的可以是有参的也可以是无参的,既然可以是有参的,那就可以写为缺省的构造函数,更利于初始化。

#include<iostream>

class Date
{
public:
	//全缺省构造函数
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

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

int main()
{
	//全缺省,就不用加括号
	Date d1;
	d1.Print();
	//半缺省
	Date d2(2024);
	d2.Print();

	Date d3(2024, 5, 5);
	d3.Print();

	return 0;
}

要注意的是,⽆参构造函数、全缺省构造函数和编译器默认⽣成的构造函数,都叫做默认构造函 数。但是这三个函数有且只有⼀个存在,不能同时存在。⽆参构造函数和全缺省构造函数虽然构成 函数重载,但是调⽤时会存在歧义。

前面提到,一般都要自己写构造函数,因为编译器生成的构造函数一般不能满足需求。有时有些特殊情况下,就不需要写构造函数。如数据结构栈和队列中有道经典的题目,用两个栈实现队列、用两个队列实现栈这种情况下,其会自己生成默认构造函数去调用相对应的构造函数 (用栈实现队列会自己生成默认构造函数去调用队列的构造函数,用队列实现栈会自己生成默认构造函数去调用栈的构造函数)。

#include<iostream>

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		_capacity = n;
		_top = 0;
	}
private:
	int* _a;
	int _capacity;
	int _top;
};

// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
	//编译器默认生成MyQueue的构造函数调用了Stack的构造,完成了两个成员的初始化
	//此处如果写了构造函数,也不会调用
private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	MyQueue mq;
	return 0;
}

析构函数

析构函数与构造函数功能恰好相反,C++规定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释放⼯作。其功能相当于栈中实现Destroy(销毁)一样,但析构函数就不需要再调用,在销毁时就会自动调用。

析构函数名是在类名前加上字符~,其⽆参数⽆返回值(跟构造类似,也不需要加void),若未显式定义,系统会⾃动⽣成默认的析构函数。

编译器⾃动⽣成的析构函数不对内置类型成员做处理,⾃定类型成员则会调⽤他的析构函数。也就是说⾃定义类型成员⽆论什么情况都会⾃动调⽤析构函数。如果类中没有申请资源时,析构函数可以不写,简单来说,析构函数就是用来清理释放申请的内存空间,并自动调用,防止未释放资源。

同样的,如果默认⽣成的析构函数就可以⽤,也就不需要显示写析构,如MyQueue。

#include<iostream>

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		_capacity = n;
		_top = 0;
	}
	~Stack()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_capacity = _top = 0;
	}

private:
	int* _a;
	int _capacity;
	int _top;
};

// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
	//编译器默认生成MyQueue的构造函数调用了Stack的构造,完成了两个成员的初始化
	//此处如果写了析构函数,也不会调用
private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	Stack st;
	MyQueue mq;

	return 0;
}

拷贝构造函数

如果⼀个构造函数的第⼀个参数是自身类类型的引⽤,且任何额外的参数都有默认值,则此构造函数也叫做拷⻉构造函数,也就是说拷⻉构造是⼀个特殊的构造函数。它在创建对象时,是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。

简单来看一下代码示例:

#include<iostream>

class Date
{
public:
	//构造函数
	Date(int year = 1, 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;

	}
	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

};

int main()
{
	Date d1(2024, 5, 6);
	d1.Print();

	//调用拷贝构造
	Date d2(d1);
	d2.Print();

	return 0;
}

这里也可以写成这样的形式:

Date d2(d1);
//两者含义相同只是形式不同
Date d2 = d1;

其要注意:

拷⻉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,因为语 法逻辑上会引发⽆穷递归调⽤。因为C++规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造,所以这⾥⾃定义类型传值传参和传值返回都会调⽤拷⻉构造完成。

如这段代码:

#include<iostream>

class Date
{
public:
	//构造函数
	Date(int year = 1, 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;

	}

	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

};

void Func1(Date d)
{
	d.Print();
}

int main()
{
	Date d1(2024, 5, 6);
	d1.Print();

	// C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造,所以这里的d1
	// 传值传参给d要调用拷贝构造完成拷贝,传引用传参可以减少这里的拷贝。
	Func1(d1);

	return 0;
}

函数func()在给d传值传参时就要调用拷贝构造,即先调用Date类的拷贝构造将d1的值拷贝给d,之后再调用func()函数进行打印。

所有拷贝构造的调用形式均是如此。所以拷贝构造函数一定不能使用传值的方式(并且使用传值的方式编译器会报错,不会通过编译),要传引用的方式,否则会引发无穷递归。

若未显式定义拷贝构造,编译器会⽣成⾃动⽣成拷⻉构造函数。⾃动⽣成的拷⻉构造对内置类型成 员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉),对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷⻉构 造(也就是说基本都要写拷贝构造函数)。

像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源,编译器⾃动⽣成的拷⻉构造就可以完成需要的拷⻉,所以不需要我们显⽰实现拷⻉构造。

#include<iostream>

class Date
{
public:
	//构造函数
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

};

int main()
{
	Date d1(2024, 5, 6);
	d1.Print();

	Date d2(d1);
	d2.Print();

	return 0;
}

但像Stack这样的类,虽然也都是内置类型,但是_a指向了资源,编译器⾃动⽣成的拷⻉构造完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我们的需求,所以需要 我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉),如果这样的类不写拷贝构造函数会有问题出现。

如果不写拷贝构造:

​
#include<iostream>

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

	~Stack()
	{
		std::cout << "析构" << std::endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}

private:
	int* _a;
	int _capacity;
	int _top;
};
int main()
{
	Stack st1;

	// Stack不实现拷贝构造,⽤自动⽣成的拷贝构造完成浅拷贝
	Stack st2(st1);

	return 0;
}

​

因为其示浅拷贝,所以两个_a指向的是同一块空间,造成在最后析构时释放的两次,导致程序崩溃。

所以我们要自己写拷贝构造,完成深拷贝。

#include<iostream>

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

	Stack(const Stack& st)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		memcpy(_a, st._a, sizeof(int) * st._top);
		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

	~Stack()
	{
		std::cout << "析构" << std::endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}

private:
	int* _a;
	int _capacity;
	int _top;
};
int main()
{
	Stack st1;

	Stack st2(st1);

	return 0;
}

像MyQueue这样的类我们依旧不需要实现,其内部主要是自定义类型Stack成员,编译器自动生成的拷贝构造会调用Stack的拷贝构造,不需要显示实现 MyQueue的拷贝构造。

#include<iostream>

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

	Stack(const Stack& st)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		memcpy(_a, st._a, sizeof(int) * st._top);
		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

	~Stack()
	{
		std::cout << "析构" << std::endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}

private:
	int* _a;
	int _capacity;
	int _top;
};

class MyQueue
{
public:
private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	Stack st1;

	MyQueue mq1;
	MyQueue mq2(mq1);

	return 0;
}

赋值运算符重载函数

要了解这个,首先我们就要了解运算符重载。

运算符重载

在C++中,运算符重载是通过创建运算符函数来实现的,这些函数被指定为全局函数或者成员函数。当运算符被⽤于类类型的对象时,C++语⾔允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。

C++规 定类类型对象使⽤运算符时,必须转换成调⽤对应运算符重载,若没有对应的运算符重载,则会编译报错。

运算符重载是具有特殊名字的函数,他的名字是由operator和后⾯要定义的运算符共同构成。和其他 函数⼀样,它也具有其返回类型和参数列表以及函数体。其参数个数和该运算符作⽤的运算对象数量⼀样多。

#include<iostream>

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

	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

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

//由于在类外访问不到私有成员,所以先暂时改为公有
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, 5);
	Date d2(2024, 6, 6);
	operator==(d1, d2);

    //该形式会自动转换为operator==(d1, d2)
    d1 == d2;

	return 0;
}

写在类外有很多麻烦,所以将其写在类内。

但要注意,⼀元运算符有⼀个参数,⼆元 运算符有两个参数,如果⼀个重载运算符函数是成员函数,则它的第⼀个运算对象默认传给隐式的this指针,因此运算符重载作为成员函数时,参数比运算对象少⼀个。 则⼆元运算符的左侧运算对象传给第⼀个参数,右侧运算对象传给第⼆个参数。

#include<iostream>

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

	bool operator==(const Date& d)
	{
		return _year == d._year && _month == d._month && _day == d._day;
	}

	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

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

int main()
{
	Date d1(2024, 5, 5);
	Date d2(2024, 6, 6);

	d1.operator==(d2);

	// 会转换成 d1.operator==(d2);
	d1 == d2;

	return 0;
}

要注意,运算符重载以后,其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持⼀致、不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符。

此外,c++中有5个不能重载的运算符:“ ?: ” 、“ ” 、“ :: ” 、“ sizeof ” 、“ .* ” 。 “ ” 和 “ :: ” 运算符如果重载,可能会出现混淆;“ sizeof ” 运算符不能重载是因为内部许多指针都依赖它;“ .* ” 运算符引用指向类成员的指针。

赋值运算符重载

赋值运算符重载是⼀个默认成员函数,⽤于完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值,这⾥要注意跟拷⻉构造区分,拷⻉构造⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象。

​
#include<iostream>

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

	//d1 = d2
	void operator=(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}

	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

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

int main()
{
	Date d1(2024, 5, 5);
	Date d2(2024, 6, 6);

	//赋值重载
	d1.operator=(d2);
	d1 = d2;

	//拷贝构造
	Date d3 = d1;

	return 0;
}

​

一定要区分好拷贝构造和赋值重载。

赋值运算重载的参数建议写成const当前类类型引⽤,否则会传值传参会有拷⻉,写了可以提高效率。其有返回值,且建议写成当前类类型引⽤,引⽤返回可以提⾼效率,最重要的是有返回值⽬的是为了⽀持连续赋值场景。

上方代码不支持连续赋值。

所以修改为有返回值的

#include<iostream>

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

	//d1 = d2
	Date& operator=(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;

		return *this;
	}

	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

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

int main()
{
	Date d1(2024, 5, 5);
	Date d2(2024, 6, 6);

	//赋值重载
	d1 = d2;

	//拷贝构造
	Date d3 = d1;

	d1 = d2 = d3;


	return 0;
}

没有显式实现时,编译器会⾃动⽣成⼀个默认赋值运算符重载,默认赋值运算符重载⾏为跟默认构 造函数类似,对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉),对⾃定义类型 成员变量会调⽤他的拷⻉构造。

#include<iostream>

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

	void Print()
	{
		std::cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << std::endl;
	}

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

int main()
{
	Date d1(2024, 5, 5);
	Date d2(2024, 6, 6);

	d1.Print();
	d2.Print();

	//编译器自动生成的赋值重载
	d1 = d2;

	d1.Print();
	d2.Print();

	return 0;
}

和拷贝构造一样,像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源,编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载就可以完成需要的拷⻉,所以不需要我们显⽰实现赋值运算符重载。像Stack这样的类,虽然也都是内置类型,但是_a指向了资源,编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我 们的需求,所以需要我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉)。像MyQueue这样的类型内部主要是⾃定义类型Stack成员,编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载会调⽤Stack的赋值运算符重载,也不需要我们显⽰实现MyQueue的赋值运算符重载。

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