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C++笔记-类与对象(中)

article 2025/3/16 9:24:49

1.类的默认构造函数

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，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，我们稍微了解一下即可。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。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？

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。构造函数的本质是要替代我们以前写的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。构造函数的特点:
1.函数名与类名相同。
2.无返回值。(返回值啥都不需要给，也不需要写void，不要纠结，C++规定如此)
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。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。
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。
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。

我们先看前三点：

有这两张图可以看出，如果我们不对成员变量进行初始化，我们直接调用print函数，打印出的就是随机值。

但是当我们加上构造函数后，成员变量就被赋值了，但是我们并没有调用构造函数，但是再调用print函数就会显示我们赋予的值，这就是第三条所说的编译器会自动调用构造函数。

第四条：

如第四条所言，构造函数时可以重载的，并且我们在传参时，就要依照第二张图所写的方式去传参，这是C++的规定，不要纠结为什么这样去写。

并且如果构造函数没有参数我们在写时不能加()，就比如：

这样程序是会报错的，不能这样写的原因是：

我们如果在类外声明一个函数Func，无参数，就和d1这种情况一样，编译器会分不清你写的到底是函数的声明还是实例化对象，所以构造函数无参数时，不能加()。

第五条就是字面意思，我们即使不写构造函数，编译器也会自动写一个。

主要来讲第六条和第七条：

第二个构造函数就是全缺省构造函数，而无参构造函数和全缺省构造函数在调用时会有歧义我们之前已经讲过，原因是一样的，他们都叫做默认构造函数，不过我们在实际应用中用全缺省构造函数比较舒服，因为我不想传参我就不传参，我如果想修改那个值，我就传参，还是比较方便的。

并且默认构造函数是不能同时出现的，主要就是针对无参构造函数和全缺省构造函数。

针对第七条创建一个栈的类和一个队列的类，队列是可以由两个栈来实现的，所以我们创建两个栈的成员变量，此时在队列里就有两个自定义类型的成员变量。

并且在栈这种类里面，编译器自动生成的构造函数是不会像这样给成员变量进行初始化，所以想这种情况就要自己来写构造函数，来对成员变量进行初始化。

此时实例化一个对象，编译器就会调用Stack类中的默认构造函数，如果没有默认构造函数程序就会报错。

在VS2022下程序并不会报错。而是会报警告：

所以说我们在使用自定义成员变量时记得在对应的类中写构造函数进行初始化。

我们再来看一个有意思的现象：

我在Myqueue中多定义了一个int类型的a变量，然后不对Date中的成员变量进行初始化，经过调试可以发现a被初始化了值，而Date中的所有成员变量都没有被初始化。

由上面的Stack类可知并没有对a进行初始化，而通过Date类可知VS下的编译器并不会对内置类型进行初始化，正常来讲a应该和Date中的所有成员变量一样都是随机值，但此时却出现了这种有趣的现象。

所以说：编译器会对内置类型初始化吗？这个问题我们就说不确定，说不准。

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。析构函数的功能类比我们之前Stack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.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。
8，一个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。

以栈这个类为例，如果我们创建对象后不对资源进行销毁的话，就会造成内存泄漏。因为编译器自动生成的析构函数只会把指针和成员变量进行销毁，但是指针所指向的那块空间并没有被销毁。

所以此时我们就需要自己写析构函数来进行销毁。

这就是我们要自己写的析构函数。

而之前写的Date类中没有其他的如开辟的资源，所以编译器自动生成的析构函数就够用了，我们就不需要自己写。

对于第六条：

对于类中的自定义类型成员变量，编译器在调用析构函数时会去调用自定义成员变量所在类的析构函数，所以在MyQueue类中我们并不需要写析构函数，编译器会调用Stack类中的析构函数。

对于第七条：

我们经过调试可以发现st2先调用了析构函数，从而被销毁，st2销毁完才会销毁st1。

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贝构造函数，也就是说拷贝构造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。拷贝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。
3.C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这里自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造完成。
4.若未显式定义拷贝构造，编译器会生成自动生成拷贝构造函数。自动生成的拷贝构造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。

以Date类为例，拷贝构造函数其实顾名思义就是拷贝用的，而它的基本应用就如第二幅图所示，在对d1初始化过后，将d1作为参数传给拷贝构造函数，我们调用print函数后可以发现，d1的参数传给了d2，两个对象的数值是一样的。

而针对第二条所说的拷贝构造函数第一个参数必须是引用类型的原因是：

我们要传值传参时就会调用拷贝构造函数，而它本身就是拷贝构造函数，也就是会再生成一个和它一样的拷贝构造函数，而新生成的拷贝构造函数又需要传值传参，就这样一直循环往复，最终就会形成无穷递归调用。

对于第三条和第四条：

以Stack类为例，我们通过第四条所说知道编译器所创建拷贝构造函数是浅拷贝，而对于Stack类来说，浅拷贝意味着st1和st2中_a所指向空间的地址是一样的，现在看没什么问题。

但在程序结束时，我们知道会调用析构函数，而且是先析构st2，那么st2中_a指针所指向的空间就会被销毁，而轮到析构st1时，st1中的_a的地址也是指向刚才已经被销毁的空间，所以此时就会出现问题，一段空间被销毁两次，这显然是不对的。

所以此时我们就要自己写拷贝构造函数，来给st2中的_a创建一块新的空间，保证st1和st2中_a所指向空间的内容一样。

这就是我们要实现的拷贝构造函数，给st2的_a创建一块和st1一样的空间，再把数据复制过去，最后将capacity和top一并复制过去即可。

其实我们通过析构函数和拷贝构造函数可以发现，只要我们要自己写析构函数，那么我们就要自己写拷贝构造函数。

这两个要么都不写，要么都得自己写。

5.1.运算符重载

1.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。
2.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。
3.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。

4.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。
5.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。

6.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@。
7.(.*) (::) (sizeof) (?:) (.) 注意以上5个运算符不能重载。(选择题里面常考)
8.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)
9.一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。
10.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。

11.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。

以日期类为例，我们可以看出，如果不进行运算符重载的话是不能直接对对象使用运算符进行运算的。

这里我们实现一个简单的==运算符，可以看出我们要用到operator关键字，后面加上你要重载的运算符，而里面的参数为什么只传一个呢？

我们之前讲过，类中的函数都会有一个隐含形参this指针。而根据第三条可得，我们只能传一个参数，这样==运算符作用的两个对象就都有了，第一个对象传给this，第二个参数传给d。

我们在C++中能用引用就用引用，这样我们就不需要调用拷贝构造函数了。

而函数里面的运行规则就是看你自己的想法，你想怎么运算就怎么写就行。

这两种形式使用那种都可以。

而写完相应的运算符重载后我们就可以使用了，可以举一些例子来检验我们写的运算符正确与否。

第六，七，八，九条就是要注意的知识点，相应的知识点要记牢。

而第十条所提到的前置++和后置++有着细微的差别，在后置++的参数中多了一个整型参数，只是为了区分两种情况而已，这个参数可以填任意值，只要是整型数值就可以。

相应的前置--和后置--和这个是一样的规则。

注意：运算符重载不一定要写在类中，不过一般运算符重载都写在类中，便于操作。

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，有返回值目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。