C++学习笔记——类和对象（中）
类和对象（中）
1. 类的默认成员函数
默认成员函数就是⽤⼾没有显式实现，编译器会⾃动⽣成的成员函数称为默认成员函数。⼀个类，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，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，了解一下即可。。其次就是C++11以后还会增加两个默认成员函数，移动构造和移动赋值，这个后面会讲解。默认成员函数很重要，也⽐较复杂，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？
6个默认成员函数
- 初始化和清理
- 构造函数主要完成初始化工作
- 析构函数主要完成清理工作
- 拷贝复制
- 拷贝构造使用同类对象初始化创建对象
- 赋值重载把一个对象赋值给另一个对象
- 取地址重载
- 主要是普通对象和const对象取地址，这两个很少会自己实现
2. 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。
构造函数的特点
- 函数名与类名相同
- ⽆返回值。(C++规定，返回值啥都不需要给，也不需要写void)
- 对象实例化时系统会⾃动调⽤对应的构造函数
- 构造函数可以重载
- 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，⼀旦⽤⼾显式定义编译器将不再⽣成
- 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。要注意很多人会认为默认构造函数是编译器默认⽣成那个叫默认构造，实际上⽆参构造函数、全缺省构造函数也是默认构造，总结⼀下就是不传实参就可以调⽤的构造就叫默认构造
- 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(这个后面讲)才能解决
说明：C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语⾔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
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
// 1. 无参构造函数
Date()
{
_year = 1;
_month = 1;
_day = 1;
}
// 2. 带参构造函数
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// 3. 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() {
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main() {
// 如果留下三个构造中的第⼆个带参构造，第⼀个和第三个注释掉
// 编译报错：error C2512 : “Date”:没有合适的默认构造函数可⽤
Date d1; // 调⽤默认构造函数
Date d2(2025, 1, 1); // 调⽤带参的构造函数
// 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
// warning C4930: “Date d3(void)”: 未调⽤原型函数(是否是有意⽤变量定义的? )
Date d3();
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}
3. 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。可以说是之前申请的空间，需要显示将其释放掉
析构函数的特点
- 析构函数名是在类名前加上字符~
- ⽆参数⽆返回值。(这⾥跟构造类似，也不需要加void)
- 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
- 对象⽣命周期结束时，系统会⾃动调⽤析构函数
- 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
- 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
- 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就可以，或者如 果默认⽣成的析构就可以⽤，那也不需要显⽰写析构
- ⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构
#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;
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 st;
MyQueue mq;
return 0;
}
4. 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
拷贝构造的特点
- 拷⻉构造函数是构造函数的⼀个重载
- 拷⻉构造函数的第⼀个参数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。拷⻉构造函数也可以多个参数，但是第⼀个参数必须是类类型对象的引⽤，后⾯的参数必须有缺省值
- 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
- 若未显式定义拷⻉构造，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。
- 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。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)。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⻉构造会调⽤Stack的拷⻉构造，也不需要我们显⽰实现MyQueue的拷⻉构造。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⻉构造，否则就不需要
- 传值返回会产⽣⼀个临时对象调⽤拷⻉构造，传值引⽤返回，返回的是返回对象的别名(引⽤)，没有产⽣拷⻉。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⻉，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
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// 编译报错：error C2652 : “Date”:⾮法的复制构造函数:第⼀个参数不应是“Date”
// Date(Date d)
Date(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
Date(Date* d)
{
_year = d->_year;
_month = d->_month;
_day = d->_day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void Func1(Date d)
{
cout << &d << endl;
d.Print();
}
// Date Func2()
Date& Func2()
{
Date tmp(2024, 7, 5);
tmp.Print();
return tmp;
}
int main() {
Date d1(2024, 7, 5);
// C++规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造，所以这⾥传值传参要调⽤拷⻉构造
// 所以这⾥的d1传值传参给d要调⽤拷⻉构造完成拷⻉，传引⽤传参可以较少这⾥的拷⻉
Func1(d1);
cout << &d1 << endl;
// 这⾥可以完成拷⻉，但是不是拷⻉构造，只是⼀个普通的构造
Date d2(&d1);
d1.Print();
d2.Print();
// 这样写才是拷⻉构造，通过同类型的对象初始化构造，⽽不是指针
Date d3(d1);
d2.Print();
// 也可以这样写，这⾥也是拷⻉构造
Date d4 = d1;
d2.Print();
// Func2返回了⼀个局部对象tmp的引⽤作为返回值
// Func2函数结束，tmp对象就销毁了，相当于了⼀个野引⽤
Date ret = Func2();
ret.Print();
return 0;
}
#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)
{
// 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)
{
int newcapacity = _capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity * sizeof(STDataType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
_a = tmp;
_capacity = newcapacity;
}
_a[_top++] = x;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
class MyQueue
{
public:
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
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;
MyQueue mq1;
// MyQueue⾃动⽣成的拷⻉构造，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，他就没问题
MyQueue mq2 = mq1;
return 0;
}
5. 赋值运算符重载
5.1 运算符重载
- 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
- 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
- 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
- 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：⽐如operator@。
- 有5个运算符不能重载，他们分别是
.* :: sizeof ?: .选择题常考 - 重载操作符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) - ⼀个类需要重载哪些运算符，是看哪些运算符重载后有意义，⽐如Date类重载operator-就有意义，但是重载operator+就没有意义
- 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
- 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。
#include<iostream>
using namespace std;
// 编译报错：“operator + ”必须⾄少有⼀个类类型的形参
//int operator+(int x, int y)
//{
// return x - y;
//}
class A
{
public:
void func()
{
cout << "A::func()" << endl;
}
};
typedef void(A::* PF)(); // 成员函数指针类型
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ob类对象temp
// 对象调⽤成员函数指针时，使⽤.*运算符
(obj.*pf)();
return 0;
}
#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;
};
// 重载为全局的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
// 2、Date提供getxxx函数
// 3、友元函数
// 4、重载为成员函数
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, 7, 5);
Date d2(2024, 7, 6);
// 运算符重载函数可以显⽰调⽤
operator==(d1, d2);
// 编译器会转换成operator==(d1, d2);
d1 == d2;
return 0;
}
#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;
}
bool operator==(const Date& d)
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
Date& operator++()
{
cout << "前置++" << endl;
//...
return *this;
}
Date operator++(int)
{
Date tmp;
cout << "后置++" << endl;
//...
return tmp;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
Date d2(2024, 7, 6);
// 运算符重载函数可以显⽰调⽤
d1.operator==(d2);
// 编译器会转换成operator==(d1, d2);
d1 == d2;
// 编译器会转换成d1.operator++();
++d1;
// 编译器会转换成d1.operator++(0);
d1++;
return 0;
}
5.2 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
赋值运算符重载的特点
- 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⻉
- 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，有返回值⽬的是为了⽀持连续赋值场景
- 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⻉构造函数类似，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赋值重载函数
- 和前面说的一样，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
#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)
{
cout << " Date(const Date& d)" << endl;
_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)
{
// 不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;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
bool operator==(const Date& d)
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
Date& operator++()
{
cout << "前置++" << endl;
//...
return *this;
}
Date operator++(int)
{
Date tmp;
cout << "后置++" << endl;
//...
return tmp;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
Date d2(d1);
Date d3(2024, 7, 6);
d1 = d3;
// 需要注意这⾥是拷⻉构造，不是赋值重载
// 请牢牢记住赋值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
Date d4 = d1;
return 0;
}
5.3 日期类实现
建议自己写一遍
#include <assert.h>
#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
// 友元函数声明
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1);
void Print() const;
// 直接定义类⾥⾯，默认是inline
// 频繁调⽤
int GetMonthDay(int year, int month)
{
assert(month > 0 && month < 13);
static int monthDayArray[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 29;
}
else
{
return monthDayArray[month];
}
}
bool CheckDate();
bool operator<(const Date& d) const;
bool operator<=(const Date& d) const;
bool operator>(const Date& d) const;
bool operator>=(const Date& d) const;
bool operator==(const Date& d) const;
bool operator!=(const Date& d) const;
Date& operator+=(int day);
Date operator+(int day) const;
Date& operator-=(int day);
Date operator-(int day) const;
// d1 - d2
int operator-(const Date& d) const;
Date& operator++();
Date operator++(int);
Date& operator--();
Date operator--(int);
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 重载
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
istream& operator>>(istream& in, Date& d);
6. 取地址符运算符重载
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
class Date
{
public:
Date* operator&()
{
return this;
// return nullptr;
}
const Date* operator&()const
{
return this;
// return nullptr;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // ⽉
int _day; // ⽇
};