【C++】类和对象（中）：类的默认成员函数
文章目录
- 前言
- 一、类的默认成员函数
- 二、构造函数
- 1.初识构造函数
- 2.初始化列表
- 三、析构函数
- 四、拷贝构造函数
- 五、赋值运算符重载
- 1.运算符重载
- 2. 赋值运算符重载
- 六、取地址运算符重载
- 1.const成员函数
- 2.取地址运算符重载
前言
一、类的6个默认成员函数（构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符重载 和 两种取地址运算符重载）
二、构造函数中的重点知识（初始化列表）
三、学习赋值运算符重载 和 两种取地址运算符重载的预备知识（运算符重载）
四、const成员函数
一、类的默认成员函数
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。 一个类中，我们不写的情况下编译器会默认生成以下6个默认成员函数（构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符重载 和 两种取地址运算符重载），需要注意的是这6个中最重要的是前4个，最后两个取地址重载不重要，了解即可。默认成员函数很重要，也比较复杂，我们要从两个方面去学习：
• 第一：我们不写时，编译器默认生成的函数行为是什么，是否满足我们的需求。
• 第二：编译器默认生成的函数不满足我们的需求，我们需要自己实现，那么如何自己实现？
二、构造函数
1.初识构造函数
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(我们常使用的局部对象是栈帧创建时，空间就开好了)，而是对象实例化时初始化对象。 构造函数的本质是要替代我们以前Date类中写的Init函数的功能，构造函数自动调用的特点就完美的替代的了Init函数。
构造函数的特点：
（1）. 函数名与类名相同。
（2）. 无返回值。 (C++规定它的返回值啥都不需要给，也不需要写void)
（3）. 对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。
（4）. 构造函数可以重载。
（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。
（6）. 无参构造函数、全缺省构造函数、我们不写构造时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。总结⼀下就是不传实参就可以调用的构造函数就叫默认构造函数。
（7）. 我们不写，编译器默认生成的构造，对内置类型成员变量的初始化没有要求，也就是说是否初始化是不确定的，看编译器。对于自定义类型成员变量，要求调用这个成员变量的默认构造函数初始化。如果这个成员变量，没有默认构造函数，那么就会报错，我们要初始化这个成员变量，需要用初始化列表才能解决。
补充：C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是C++提供的原生数据类型，如：int/char/double/指针等，自定义类型就是我们使用class/struct等关键字自己定义的类型。
示例（如何创建构造函数）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)// 函数名与类名相同，无返回值
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2025, 1, 1); // 对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数
d1.Print();
return 0;
}
示例（构造函数可以重载，对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)// 带参构造函数
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date()// ⽆参构造函数
{
_year = 1;
_month = 1;
_day = 1;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2025, 1, 1); // 调⽤带参构造函数
Date d2; // 调⽤无参构造函数
d1.Print();
d2.Print();
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，否则编译器无法区分这里是函数声明还是实例化对象。
例如：Date d2（）；也可能是一个函数声明，d2是函数名，形参为空，返回值是Date类类型
示例（试试我们不写构造时编译器默认生成的构造函数能否满足我们的需求）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;// 对象实例化时系统调用编译器默认生成的构造函数
d1.Print();
return 0;
}
结果显示编译器默认生成的构造函数无法实现我们的需求，对象中的内置类型成员变量没有被初始化，仍然是随机值。
结论：我们不显示写构造函数，编译器默认生成的构造函数，对内置类型成员变量的初始化没有要求，也就是说是否初始化是不确定的，看编译器。
那么编译器默认生成的构造函数到底有什么作用呢？见如下示例。
示例（编译器默认生成的构造函数适用的情况）：
class Date
{
public:
//全缺省构造函数属于默认构造函数
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
class DateSet
{
public:
//编译器默认⽣成DateSet的构造函数调⽤了Date的默认构造函数，完成了两个自定义成员的初始化
private:
Date d1;
Date d2;
};
int main()
{
DateSet d;
return 0;
}
编译器默认生成的构造函数，对于自定义类型成员变量，会调用这个成员变量的默认构造函数来初始化。如果这个成员变量，没有默认构造函数，那么就会报错。
结论：编译器默认生成的构造函数，只适用于这个类类型的成员变量全是自定义类型，并且每个成员变量都有默认构造函数。
示例（自定义类型成员变量没有默认构造函数导致报错）：
class Date
{
public:
// 不是默认构造函数
Date(int year, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
class DateSet
{
public:
private:
Date _d1;
Date _d2;
};
int main()
{
DateSet d;
return 0;
}
小结： 我们不写，编译器默认生成的构造函数，对内置类型成员变量的初始化没有要求，也就是说是否初始化是不确定的，看编译器，所以对于成员变量全是内置类型的类，最好自己显示写构造函数来初始化成员变量，否则我们无法控制创建对象时各成员变量的初始值，如Date；对于成员变量全是自定义类型的类，只要自定义类型成员变量都有默认构造函数，我们就不需要显示写该类的构造函数，编译器默认生成的构造函数，会自动调用自定义类型成员变量的默认构造函数来初始化，如DateSet。如果自定义类型成员变量，没有默认构造函数，那么编译器就会报错，我们要初始化这个成员变量，需要用初始化列表才能解决。
2.初始化列表
以上我们实现构造函数时，初始化成员变量主要使用函数体内赋值，构造函数初始化还有一种方式，就是初始化列表，初始化列表的使用方式是以⼀个冒号开始，接着是⼀个以逗号分隔的数据成员列表，每个"成员变量"后面跟⼀个放在括号中的初始值或表达式。
初始化列表的使用要点：
（1）每个成员变量在初始化列表中只能出现⼀次，语法理解上初始化列表可以认为是每个成员变量定义初始化的地方。
（2）引用成员变量，const成员变量，没有默认构造的类类型变量，必须放在初始化列表位置进行初始化，否则会编译报错。 因为这三种变量都必须要在定义的时候初始化，而初始化列表又是每个成员变量定义的地方，所以它们必须放在初始化列表位置进行初始化。
（3）C++11支持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显示在初始化列表初始化的成员使用的。
（4）尽量使用初始化列表初始化，因为那些你不在初始化列表初始化的成员也会走初始化列表，如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会用这个缺省值初始化。如果你没有给缺省值，对于没有显示在初始化列表初始化的内置类型成员是否初始化取决于编译器（C++并没有规定）。对于没有显示在初始化列表初始化的自定义类型成员会调用这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造会编译错误。
（5）初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进行初始化，跟成员在初始化列表出现的的先后顺序无关。建议声明顺序和初始化列表顺序保持⼀致。
初始化列表总结：
无论是否显示写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表；
无论是否在初始化列表显示初始化成员变量，每个成员变量都要走初始化列表初始化。
示例一（显示实现初始化列表）：
class Date
{
public:
// 不是默认构造函数
Date(int year, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
class DateSet
{
public:
DateSet(int& b)
:_d1(2024,2,5)
,_d2(2025,1,1)
,_i(5)
,_b(b)
{
}
private:
// 这里只是声明，没有开空间
Date _d1;
Date _d2;// 没有默认构造函数的类类型变量
const int _i;// const成员变量
int& _b;// 引用成员变量
// 这三种成员变量必须放在初始化列表位置进行初始化，否则会编译报错。
};
int main()
{
int b = 5;
DateSet date(b);
return 0;
}
示例二（C++11支持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显示在初始化列表初始化的成员使用的）：
#include<stdlib.h>
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
class DateSet
{
public:
DateSet()
:_d1(2024, 2, 5)
,_a2(100)
{
}
private:
// 注意这⾥不是初始化，这⾥给的是缺省值，这个缺省值是给初始化列表的
// 如果初始化列表没有显⽰初始化，默认就会⽤这个缺省值初始化
Date _d1 = (2008, 1, 1);
Date _d2 = (2008, 1, 1);
int _a1 = 1;
int _a2 = 1;
int _a3 = 1;
int* _ptr = (int*)malloc(12);
};
int main()
{
DateSet date;
return 0;
}
示例三（无论是否显示写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表）：
class Date
{
public:
//全缺省构造函数属于默认构造函数
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
class DateSet
{
public:
DateSet()// 无论是否显示写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表
{
_i = 5;
}
private:
Date _d1;
Date _d2;// 有默认构造函数的类类型变量
int _i;
int _j;
};
int main()
{
DateSet date;
return 0;
}
无论是否显示写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表。构造函数由初始化列表和函数体两部分组成，程序运行时，执行构造函数的顺序是先执行它的初始化列表再进入它的函数体。
当进入DateSet构造函数的函数体时，证明DateSet构造函数的初始化列表已经被执行过了。
无论是否在初始化列表显示初始化成员变量，每个成员变量都要走初始化列表初始化。
对于没有显示在初始化列表初始化的内置类型成员是否初始化取决于编译器（C++并没有规定），vs2022编译器的处理是定义了内置类型成员变量并初始化成随机值；对于没有显示在初始化列表初始化的自定义类型成员变量会调用这个成员类型的默认构造函数来初始化它，如果其没有默认构造函数会编译错误。
三、析构函数
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，比如局部对象是存在栈帧的，函数结束栈帧销毁，他就释放了，不需要我们管，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。 析构函数的功能类比Stack中实现的Destroy功能，而像Date没有Destroy，其实就是没有资源需要释放，所以严格说Date是不需要析构函数的。
析构函数的特点：
（1）. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
（2）. 无参数无返回值。 (这里跟构造类似，也不需要加void)
（3）. 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。
（4）. 对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数。
（5）. 跟构造函数类似，我们不写编译器自动生成的析构函数对内置类型成员不做处理，自定类型成员会调用他的析构函数。
（6）. 还需要注意的是我们显示写析构函数，对于自定义类型成员也会调用他的析构，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。
（7）. 一个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。
示例（Date类中没有申请资源，析构函数可以不写 ; Stack类中有资源申请，一定要自己写析构，否则会造成资源泄漏）：
#include<stdlib.h>
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
void push(STDataType n)
{
capacitycheck();
_a[_top] = n;
_top++;
}
void capacitycheck()
{
if (_top == _capacity)
{
_capacity = 2 * _capacity;
STDataType* ptr = (STDataType*)realloc(_a, sizeof(STDataType) * _capacity);
if (ptr != nullptr)
_a = ptr;
}
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
int main()
{
Date d1;
Stack s1;
s1.push(5);
s1.push(9);
s1.push(6);
s1.push(5);
s1.push(8);
return 0;
}
Date类中没有申请资源，Date类对象销毁的时候，它里面存的成员变量会自动销毁，所以析构函数可以不写 ; Stack类中有资源申请，Stack类对象中的成员变量 _a 指向它在堆区中开辟的一块空间，一定要自己写析构函数释放这块空间，否则会造成内存泄漏。
示例（我们不显示写析构函数，编译器自动生成的析构函数，对于自定义类型成员变量，会调用它的析构函数）：
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;// 每调用一次析构函数就打印一次
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
//编译器默认⽣成MyQueue的析构函数调⽤了Stack的析构，释放的Stack内部的资源
//显⽰写析构，也会⾃动调⽤Stack的析构
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
Stack s1;
MyQueue q1;
return 0;
}
Stack类中的析构函数被调用了3次，显然编译器默认生成MyQueue的析构函数调用了2次Stack类中的析构函数，释放了MyQueue对象中两个Stack类成员变量内部的资源
小结： 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，如Date；如果默认生成的析构就可以用，也就不需要显示写析构，如MyQueue；但是有资源申请时，一定要自己写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。
四、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缺省值，则此构造函数也叫做拷贝构造函数，也就是说拷贝构造函数是一个特殊的构造函数。
拷贝构造的特点：
（1）. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载。
（2）. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是自身类类型对象的引用，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。
（3）. 若未显式定义拷贝构造函数，编译器会生成自动生成拷贝构造函数。编译器自动生成的拷贝构造函数对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的拷贝构造。
（4）. C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造函数完成。
（5）. 自定义类型传值返回会产生⼀个临时对象调用拷贝构造，自定义类型传引用返回，返回的是返回对象的别名(引用)，没有产生拷贝。但是如果返回对象是⼀个当前函数局部域的局部对象，函数结束就销毁了，那么使用引用返回是有问题的，这时的引用相当于⼀个野引用，类似⼀个野指针⼀样。传引用返回可以减少拷贝，但是⼀定要确保返回对象，在当前函数结束后还在，才能用引用返回。
示例（拷贝构造函数的实现及使用方式）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(const Date& d)// 拷贝构造函数
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
d1.Print();
// 这样写是拷贝构造，通过同类型的对象初始化构造
Date d2(d1);
d2.Print();
// 也可以这样写，这里也是拷贝构造，都会去调用拷贝构造函数
Date d3 = d1;
d3.Print();
return 0;
}
为什么拷贝构造函数的参数必须是自身类类型对象的引用，而不能是自身类类型对象，假设拷贝构造函数的参数是自身类类型对象：
因为C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造函数完成。因此拷贝构造函数的参数是自身类类型对象的话，在语法逻辑上会引发无穷递归调用。
示例（若未显式定义拷贝构造函数，编译器自动生成的拷贝构造函数对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(一个字节一个字节的拷贝)）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
d1.Print();
// 这样写是拷⻉构造，通过同类型的对象初始化构造
Date d2(d1);
d2.Print();
return 0;
}
示例（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贝构造完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求）：
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
void Push(STDataType x)
{
if (_top == _capacity)
{
_capacity = _capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, _capacity * sizeof(STDataType));
if (tmp != NULL)
_a = tmp;
}
_a[_top++] = x;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
int main()
{
Stack st1;
st1.Push(1);
st1.Push(2);
// Stack不显⽰实现拷⻉构造，⽤⾃动⽣成的拷⻉构造完成浅拷⻉
// 会导致st1和st2⾥⾯的_a指针指向同⼀块资源，析构时会析构两次，程序崩溃
Stack st2 = st1;
return 0;
}
而且浅拷贝导致st1和st2里面的_a指针指向同⼀块资源，还会带来其它问题。比如：修改一个对象中的数据会影响另外一个对象。
示例（像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)）：
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
Stack(const Stack& st)// 深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)
{
// 需要对_a指向资源创建同样⼤的资源再拷⻉值
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);
_top = st._top;
_capacity = st._capacity;
}
void Push(STDataType x)
{
if (_top == _capacity)
{
_capacity = _capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, _capacity * sizeof(STDataType));
if (tmp != NULL)
_a = tmp;
}
_a[_top++] = x;
}
~Stack()
{
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
int main()
{
Stack st1;
st1.Push(1);
st1.Push(2);
Stack st2 = st1;
return 0;
}
示例（像MyQueue这样的类型内部主要是自定义类型Stack成员，编译器自动生成的拷贝构造会调用Stack的拷贝构造，也不需要我们显示实现MyQueue的拷贝构造）：
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
Stack(const Stack& st)// 深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);
_top = st._top;
_capacity = st._capacity;
}
~Stack()
{
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
MyQueue q1;
// MyQueue⾃动⽣成的拷⻉构造函数，会⾃动调⽤Stack拷⻉构造完成pushst/popst的拷⻉，
// 只要Stack拷⻉构造⾃⼰实现了深拷⻉， MyQueue⾃动⽣成的拷⻉构造函数就没问题
MyQueue q2 = q1;
return 0;
}
小结： 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贝构造就可以完成需要的拷贝，就不需要我们显示实现拷贝构造。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贝构造完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。像MyQueue这样的类型内部主要是自定义类型Stack成员，编译器自动生成的拷贝构造会调用Stack的拷贝构造，也不需要我们显示实现MyQueue的拷贝构造。这里还有⼀个小技巧，如果⼀个类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写拷贝构造，否则就不需要。
五、赋值运算符重载
1.运算符重载
在C语言中，运算符只能支持内置类型之间的运算，用法比较局限。在C++中增加运算符重载的概念，运算符重载能够实现类类型的对象也能直接使用运算符进行运算。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。
运算符重载的概念及注意事宜：
（1）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。
（2）重载运算符函数的参数个数和该运算符作用的运算对象数量⼀样多。⼀元运算符有⼀个参数，二元运算符有两个参数，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。
（3）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。
（4）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。
（5）不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符：比如operator@。
（6）.*（用于对象调用成员函数指针的操作符） ::（作用域操作符） sizeof（长度计算操作符） ?:（三目操作符） .（用于自定义类型对象访问成员的操作符） ，注意以上5个运算符不能重载。
（7）重载操作数至少有⼀个类类型参数，不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义，如： int operator+(int x, int y) 这种写法是不被允许的。
（8）重载++运算符时，有前置++和后置++，运算符重载函数名都是operator++，无法很好的区分。C++规定，后置++重载时，增加⼀个int形参，跟前置++构成函数重载，方便区分。
（9）重载<<和>>时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数，this指针默认抢占了第⼀个形参位置，第⼀个形参位置是左侧运算对象，调用时就变成了对象<<cout，不符合使用习惯和可读性。重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了，第二个形参位置当类类型对象。
示例一（运算符==重载为全局函数）：
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 运算符重载为全局函数会⾯临对象访问私有成员变量的问题
// 有⼏种⽅法可以解决：
// 1、成员放公有（不推荐使用）
// 2、Date类提供getxxx函数
// 3、友元函数
// 4、重载为成员函数（C++常使用此方式）
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)// 运算符==重载为全局函数
{
return d1._year == d2._year
&& d1._month == d2._month
&& d1._day == d2._day;
}
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
Date d2(2024, 7, 6);
d1 == d2;// 编译器会转换成 operator==(d1, d2);
// 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。
operator==(d1, d2);// 运算符重载函数也可以显⽰调⽤
return 0;
}
解决方案二（Date类提供getxxx函数）：
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int get_year()const// 这是const成员函数，在“六.1”部分细讲
{ // 外部的函数不能直接访问类类型对象的private部分，但成员函数可以直接访问
return _year;
}
int get_month()const
{
return _month;
}
int get_day()const
{
return _day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
return d1.get_year() == d2.get_year() // 可以调用成员函数间接获取对象private部分的数据
&& d1.get_month() == d2.get_month()
&& d1.get_month() == d2.get_month();
}
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
Date d2(2024, 7, 6);
d1 == d2;// 编译器会转换成 operator==(d1, d2);
operator==(d1, d2);// 运算符重载函数也可以显⽰调⽤
return 0;
}
解决方案三（把运算符==重载的全局函数设置为Date类的友元函数）：
class Date
{
// 把运算符==重载的全局函数设置为Date类的友元函数
// Date类的友元函数可以直接访问Date类对象的private部分
friend bool operator==(const Date& d1, const Date& d2);
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)// 运算符==重载为全局函数
{
return d1._year == d2._year
&& d1._month == d2._month
&& d1._day == d2._day;
}
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
Date d2(2024, 7, 6);
d1 == d2;// 编译器会转换成 operator==(d1, d2);
operator==(d1, d2);// 运算符重载函数也可以显⽰调⽤
return 0;
}
解决方案四（运算符==重载为成员函数，推荐使用此方法）：
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// 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。
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(2024, 7, 5);
Date d2(2024, 7, 6);
d1 == d2;// 编译器会转换成 d1.operator==(d2);
d1.operator==(d2);// 运算符重载函数也可以显⽰调⽤
return 0;
}
示例二（ . * 操作符的使用场景）：
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
void func()
{
cout << "A::func()" << endl;
}
};
typedef void(A::* PF)(); //成员函数func()的指针类型为void(A::*)()，将其重命名为PF
int main()
{
// C++规定成员函数要加&才能取到函数指针
PF pf = &A::func;
A obj;//定义A类对象obj
// 对象调⽤成员函数指针时，使⽤.*运算符
(obj.*pf)();
return 0;
}
.*（用于对象调用成员函数指针的操作符） ::（作用域操作符） sizeof（长度计算操作符） ?:（三目操作符） .（用于自定义类型对象访问成员的操作符） ，这5个运算符都不能重载。
示例三（复用运算符重载函数可以提高写代码效率）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year=2008, int month=1, int day=1)// 全缺省的构造函数
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
bool operator>(const Date& d)// >运算符重载
{
if (_year > d._year)
return true;
else if (_year == d._year && _month > d._month)
return true;
else if (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day)
return true;
else
return false;
}
bool operator==(const Date& d)// ==运算符重载
{
return _year == d._year && _month == d._month && _day == d._day;
}
bool operator<(const Date& d)// <运算符重载
{
return !(*this >= d);
}
bool operator>=(const Date& d)// >=运算符重载
{
return *this > d || *this == d;
}
bool operator<=(const Date& d)// <=运算符重载
{
return !(*this > d);
}
bool operator!=(const Date& d)// !=运算符重载
{
return !(*this == d);
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 5, 22);
Date d2(2008, 1, 5);
cout <<(d1 > d2) <<' ' <<(d1 >= d2) <<' ' <<(d1 <= d2) <<' ' <<(d1 != d2) <<endl;
return 0;
}
在示例三中，我们要实现>、==、<、>=、<= 和 != 运算符的重载，看似需要实现的运算符重载很多，其实我们只需要实现其中两个运算符重载的逻辑，剩下的运算符可以直接调用实现好的那两个运算符重载函数来实现。比如：示例中我们只实现了 >运算符重载 和 ==运算符重载函数的逻辑，剩下的运算符重载都是通过调用这两个函数实现的。
示例四（C++规定，后置++重载时，增加⼀个int形参，跟前置++构成函数重载，方便区分）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int GetMonthDay(int year, int month)// 获取某年某月的天数
{
int monthday[13] = { -1,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
if (month == 2 && (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0))
{
return monthday[month] + 1;
}
return monthday[month];
}
Date& operator+=(int day)// 日期+=天数
{
_day += day;
while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
{
_day -= GetMonthDay(_year, _month);
_month++;
if (_month > 12)
{
_month = 1;
_year++;
}
}
return *this;
}
Date& operator++()// 前置++
{
cout << "前置++" << endl;
*this += 1;
return *this;
}
Date operator++(int)// 后置++
{ // 后置++重载时，增加⼀个int形参，跟前置++构成函数重载，方便区分
cout << "后置++" << endl;
Date tmp;
*this += 1;
return tmp;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
++d1;// 编译器会转换成 d1.operator++();
d1++;// 编译器会转换成 d1.operator++(0);
return 0;
}
重载++运算符时，有前置++和后置++，运算符重载函数名都是operator++，无法很好的区分。C++规定，后置++重载时，增加⼀个int形参，跟前置++构成函数重载，方便区分。
示例五（重载<<和>>时，需要重载为全局函数）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, Date& d)// 必须使用istream&来接收cin，
{ // 不能使用istream接收，这是规定(cout也一样)
cout << "请依次输入年月日:>";
in >> d._year >> d._month >> d._day;
return in;
}
int main()
{
Date d1;
Date d2;
Date d3;
cin >> d1 >> d2 >> d3;
cout << d1 << d2 << d3 << endl;
return 0;
}
重载<<和>>时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数，this指针默认抢占了第⼀个形参位置，第⼀个形参位置是左侧运算对象，调用时就变成了对象<<cout，不符合使用习惯和可读性。重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了，第二个形参位置当类类型对象。
补充：
• < iostream > 是 Input Output Stream 的缩写，是标准的输入、输出流库，定义了标准的输入、输出对象。
• std::cin 是 istream 类的对象，它主要面向窄字符的标准输入流。
• std::cout 是 ostream 类的对象，它主要面向窄字符的标准输出流。
• std::endl 是一个函数，流插入输出时，相当于插入⼀个换行字符加刷新缓冲区。
• <<是流插入运算符，>>是流提取运算符。（C语言还用这两个运算符做位运算左移/右移）
• cout/cin/endl等都属于C++标准库，C++标准库都放在⼀个叫std(standard)的命名空间中，所以要通过命名空间的使用方式去用他们。
• ⼀般日常练习中我们可以using namespace std，实际项目开发中不建议using namespace std。
2. 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贝赋值，这里要注意跟拷贝构造函数区分，拷贝构造用于⼀个对象拷贝初始化给另⼀个要创建的对象。
赋值运算符重载的特点：
（1）赋值运算符重载是⼀个运算符重载，规定必须重载为成员函数。 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贝。
（2）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，有返回值的是为了支持连续赋值场景。
（3）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拷贝构造函数类似，对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的赋值重载函数。
（4）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贝，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贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。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。这里还有⼀个小技巧，如果⼀个类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写赋值运算符重载，否则就不需要。
示例（注意区分是调用拷贝构造函数，还是调用赋值运算符重载）：
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(const Date& d)// 拷贝构造函数
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
// 传引⽤返回减少拷⻉
// d1 = d2;
Date& operator=(const Date& d)// 赋值运算符重载
{
// 要检查⾃⼰给⾃⼰赋值的情况
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
// d1 = d2表达式的返回对象应该为d1，也就是*this
return *this;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
Date d2(d1);// 这里是拷贝构造
Date d3 = d2;// 这里是拷贝构造
d1 = d3;// 这里是赋值运算符重载
// 赋值运算符重载完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值
// ⽽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
return 0;
}
实际上赋值运算符重载这个默认成员函数在使用时的机制与拷贝构造函数没什么区别，只需要注意区分是拷贝构造函数 和 赋值运算符重载的调用。
六、取地址运算符重载
1.const成员函数
• 将const修饰的成员函数称之为const成员函数。const修饰成员函数时，会把const放到成员函数参数列表的后面。
• const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。const 修饰Date类的Print成员函数，Print隐含的this指针由 Date * const this 变为 const Date * const this
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// void Print(const Date* const this)
void Print() const
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
// 这⾥⾮const对象也可以调⽤const成员函数是⼀种权限的缩⼩
Date d1(2024, 7, 5);
d1.Print();
const Date d2(2024, 8, 5);
d2.Print();
return 0;
}
2.取地址运算符重载
取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载，⼀般这两个函数编译器自动生成的就可以够我们用了，不需要去显示实现。（除非⼀些很特殊的场景，比如我们不想让别人取到当前类对象的地址，就可以自己实现⼀份，胡乱返回⼀个地址。）
示例（显示实现普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date* operator&()// 普通取地址运算符重载
{
return this;
}
const Date* operator&()const// const取地址运算符重载
{
return this;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
cout << &d1 << endl;// &d1调用普通取地址运算符重载
const Date d2(2024, 8, 5);
cout << &d2 << endl;// d2调用const取地址运算符重载
return 0;
}
示例（⼀般这两个函数编译器自动生成的就可以够我们用了，不需要去显示实现）：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
cout << &d1 << endl;// &d1调用编译器默认生成的普通取地址运算符重载
const Date d2(2024, 8, 5);
cout << &d2 << endl;// d2调用编译器默认生成的const取地址运算符重载
return 0;
}
