【C++初阶】--- 类与对象（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，我们主要需要掌握前4个，后两个了解以下即可，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？
2.构造函数
构造函数的主要任务是对象实例化时初始化对象。构造函数的本质是要代替我们之前Stack和Data类中写的Init函数的功能，构造函数的自动调用的特点对我们很有帮助，因为我们在写代码的时候难免会忘记从而初始化导致程序运行错误或者奔溃。
构造函数的特点：
1.函数名与类名相同。
2.无返回值（返回值什么都不用写，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.如果类中没有显示定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，如果类中有定义构造函数的话，编译器就不会生成。
6.无参构造函数、全缺省构造函数、编译器默认生成的构造函数，这三个都成为默认构造函数。但这三个函数有且只能有一个存在，不能同时存在。无参构造函数与全缺省构造函数虽然构成函数重载，但是调用的时候会存在歧义（不给实参的话编译器不知道调用哪个函数
7.构造顺序是按照语句的顺序进行构造
//构造函数
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//无参构造函数
Date()
{
_year = 1;
_month = 1;
_day = 1;
}
//带参构造函数时
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//全缺省构造函数
//Date(int year = 2025, int month = 2, int day = 23)
//{
// _year = year;
// _month = month;
// _day = day;
//}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1; //调用默认构造函数
Date d2(2025, 3, 23);//调用带参构造函数
// 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();
return 0;
}
7.编译器默认生成的构造函数，对内置类型成员变量（比如：char、int等）的初始化没有要求，也就是说是否初始化取决于编译器。对于自定义类型成员变量（通过class、struct、enum等关键字定义的），要求调用这个成员变量的默认构造函数初始化。如果这个自定义类型成员变量没有默认构造函数，编译器会报错。
#include<iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public:
//默认构造函数
Stack(int n = 4)
{
int* _a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc,fail!");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
private:
int* _a;
int _capacity;
int _top;
};
//两个栈实现队列
class MyQueue
{
public:
//因为Stack是自定义类型成员变量
//编译器默认生成MyQueue的构造函数会调用Stack的构造函数，从而完成两个成员的初始化
private:
Stack pushST;
Stack popST;
};
int main()
{
MyQueue mq;
return 0;
}
（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。）
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.析构函数无参数无返回值（与构造函数一样不需要家void）
3.一个类只能有一个析构函数。如果没有显示定义，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.编译器自动生成的默认析构函数不会对内置类型成员做处理，自定义类型成员会调用他的析构函数。
6.我们显示写析构函数，对于自定义类型成员依旧会调用他的析构，也就是说自定义类型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即可，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。
//析构函数
#include<iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public:
//构造函数
Stack(int n = 4)
{
int* _a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail!");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
//析构函数
~Stack()
{
cout << "~Stack" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_capacity = _top = 0;
}
private:
int* _a;
int _capacity;
int _top;
};
//两个栈实现队列
class MyQueue
{
public:
//编译器默认生成MyQueue的析构函数调用了Stack的析构，释放了Stack内部的资源
//显示写析构也会自动调用Stack的析构
//~MyQueue();
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
Stack st;
MyQueue mq;
return 0;
}
构造函数和析构函数的调用顺序
构造顺序是按照语句的顺序进行的，析构是按照构造的相反顺序进行的。
因此代码1中变量a和b的构造函数和析构函数的调用顺序是：a构造，b构造，b析构，a析构
//代码1
Class A;
Class B;
void F() {
A a;
B b;
}
代码2涉及static对象，需要注意的是：
1.全局对象先于局部对象进行构造。
2.局部对象按照出现的顺序进行构造，无论是否是static。
3.static会改变对象的生存作用域，需要等待程序结束后才会析构对象。
4.static改变对象的生存作用域后，会放在局部对象之后进行析构。
所以代码2的构造顺序是：c构造、a构造、b构造、d构造
析构顺序是：b析构、a析构、d析构、c析构
//代码2
C c;
int main()
{
A a;
B b;
static D d;
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对象的引用，且任何额外的参数都有默认值，则这个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。
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 2024, int month = 3, int day = 24)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//拷贝构造函数
Date(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
拷贝构造函数的特点：
1.拷贝构造函数是构造函数的一个重载函数。（名字相同，参数不同的函数）
2.拷贝构造函数的第一个参数必须是自身类类型对象的引用，使用传值方式编译器会报错，因为语法逻辑上会引发无穷递归调用。
因为每次调用拷贝构造函数之前要先传值传参，而传值传参是一种拷贝，这样又会形成一个新的拷贝构造，调用这个新的拷贝构造函数之前也要先传值传参，传值传参是一种拷贝，就又会形成一个新的拷贝构造，以此类推，就形成了无穷递归。
3.拷贝构造函数也可以有多个参数，大那是第一个参数必须是类类型的对象的引用，后面的参数必须有缺省值。
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。
//拷贝构造函数
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 2024, int month = 3, int day = 24)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//拷贝构造函数
Date(const 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;
};
int main()
{
//构造d1
Date d1(2025, 2, 24);
//写法1，拷贝构造d2
Date d2(d1);
//写法2，拷贝构造d3
Date d3 = d1;
d1.Print();
d2.Print();
d3.Print();
return 0;
}
5.若未显示定义拷贝构造，编译器会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。
6. 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。
// 两个Stack实现队列
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;
}
7.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。
//传引用返回
Date& Func1()
{
Date tmp(2024, 2, 12);
return tmp;
}
int main()
{
//Func1返回了一个局部对象tmp的引用作为返回值
//Func1函数结束，tmp对象就销毁了，相当于一个野引用
Date ret = Func1();
ret.Print();
return 0;
}
5.赋值运算符重载
5.1运算符重载
• 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。他同样具有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（如：++，–，！）有一个参数，二元运算符（如==，<，>）有两个参数，二元运算符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。
• 如果运算符重载函数是成员函数，则他和其他成员函数一样第一个运算对象默认传给隐式指针（this指针），所以运算符重载函数作为成员函数时，参数会少一个。
//写法1：在类中写运算符重载函数
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//默认构造函数
Date(int year = 2023, int month = 2, int day = 24)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//第一个参数是this指针
bool operator==(Date d2)
{
return _year == d2._year
&& _month == d2._month
&& _day == d2._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2;
d1.operator==(d2);
d1 == d2;
return 0;
}
//写法2：开放成员变量（不建议这种写法）
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//默认构造函数
Date(int year = 2023, int month = 2, int day = 24)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//将成员变量共有
//private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
bool operator==(Date d1, Date d2)
{
return d1._year == d2._year
&& d1._month == d2._month
&& d1._day == d2._day;
}
int main()
{
Date d1;
Date d2;
operator==(d1, d2);
d1 == d2;//两种调用写法都可
return 0;
}
//写法3，在类中写获取成员变量的成员函数（较麻烦，也不建议）
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//默认构造函数
Date(int year = 2023, int month = 2, int day = 24)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int Get_year()
{
return _year;
}
int Get_month()
{
return _month;
}
int Get_day()
{
return _day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
bool operator==(Date d1, Date d2)
{
return d1.Get_year() == d2.Get_year()
&& d1.Get_month() == d2.Get_month()
&& d1.Get_day() == d2.Get_day();
}
int main()
{
Date d1;
Date d2;
operator==(d1, d2);
d1 == d2;
return 0;
}
• 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@。
• 
注意以上5个运算符不能重载。
//.*运算符
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
void func()
{
cout << "A::func()" << endl;
}
};
typedef void(A::* PF)();//成员函数指针类型
//定义了一个名为PF的类型
//它是指向类A,不接受任何参数且返回值为void的成员函数的指针类型
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;
//对象调用成员函数指针时，使用.*运算符
(obj.*pf)();
return 0;
}
• 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)//错误写法
• 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。
//定义的时候
//前置++
类名 operator++();
//后置++
类名 operator++(int);
//引用的时候
//前置++
类名.operator++();
//后置++
类名.operator++(0);//0或者其他整数都行
• 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。
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。
- 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。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。 因为有写析构函数说明类成员函数有指向资源，浅拷贝就不能满足功能的实现。
//赋值运算符重载
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 2025, int month = 3, int day = 25)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//赋值运算符重载
Date& operator=(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
return *this;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2025, 3, 6);
d1.Print();
Date d2(2025, 3, 10);
d2.Print();
//两种写法都可以
d1 = d2;
d1.operator=(d2);
d1.Print();
return 0;
}
6.取地址运算符重载
6.1const成员函数
• 将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后⾯。
返回值 函数名（参数1，参数2...） const
• 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
//const成员函数
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 2024, int month = 3, int day = 25)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//void Print(const Date* const this) const
void Print() const
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
//非const对象调用const成员函数是一种权限的缩小
Date d1(2025, 3, 25);
d1.Print();
Date d2(2024, 1, 3);
d2.Print();
return 0;
}
6.2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。
class Date
{
public:
Date* operator&()
{
return this;
//return nullptr;
//return (Date*)0x0012FF40;
}
const Date* operator&() const
{
return this;
//return nullptr;
//return (Date*)0x0012FF41;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};