C++核心编程--对象篇

4.2、对象

4.2.1、对象的初始化和清理

用于对对象进行初始化设置，以及对象销毁前的清理数据的设置。

1. 构造函数和析构函数

   • 防止对象初始化和清理也是非常重要的安全问题
     • 一个对象或变量没有初始化状态，对其使用后果是未知的
     • 同样使用完一个对象或变量，没有及时清理，也会造成一定的安全问题
   • 在c++中会自动被编译器调用这俩个函数，完成对象的初始化和清理工作，因此如果我们不手动提供构造和析构，编译器提供构造函数和析构函数是空实现

2. 构造函数

   • 主要作用在创建对象时为对象的成员属性赋值，构造函数由编译器自动调用，无需手动调用
   • 写法：
     • 类名(){}
   • 构造函数，没有返回值也不写void
   • 函数名称和类名相同
   • 构造函数可以有参数，因此可以发生重载
   • 程序在调用对象时候会自动调用构造，无需手动调用，而且只会调用一次

3. 析构函数

   • 主要作用在对象销毁前系统自动调用，执行一些清理
   • 写法：
     • ~类名(){}
   • 析构函数，没有返回值也不写void
   • 函数名称与类名相同，在名称前加上符号
   • 析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载
   • 程序在对象前会自动调用析构，无需手动调用，而且只会调用一次

• ​ 构造函数

#include<iostream>
using namespace std;//-构造函数，没有返回值也不写void
//- 函数名称和类名相同
//- 构造函数可以有参数，因此可以发生重载
//- 程序在调用对象时候会自动调用构造，无需手动调用，而且只会调用一次
class Person2 {
public:Person2() {cout << "person2的构造被调用" << endl;}~Person2() {cout << "person2的析构函数被调用" << endl;}
};void test05() {Person2 p1;
}int main() {test05();//栈上的数据执行完后会自动释放system("pause");return 0;
}

4.2.2、构造函数的分类和调用

1. 分类方式
   • 按参数分为：有参构造和无参构造
   • 按类型分为：普通构造和拷贝构造
2. 调用方式
   • 括号法
   • 显示法
   • 隐式转换法

• 有参构造和无参构造

class Person2 {
public://无参有参构造Person2() {cout << "person2的构造被调用" << endl;}Person2(int a) {cout << "person2的构造被调用" << endl;}
};

• 普通构造和拷贝构造

//拷贝构造函数Person2(const Person2 &p) {//将传入的对象所有属性拷贝到身上age = p.age;}

• 括号法

//调用
void test06() {//-括号法Person2 p;//有参构造函数Person2 p1(10);Person2 p2(p1);cout << "P1的年龄:" << p1.age << endl;cout << "P2的年龄:" << p2.age << endl;//- 显示法//- 隐式转换法
}

调用默认构造函数的时候，不要加（）

加括号会让编译器认为是一个函数的声明

• 显示法

//- 显示法
Person2 p1;
Person2 p2 = Person2(10);//有参构造
Person2 p3 = Person2(p2);//拷贝构造

匿名对象：直接调用不接收。

特点：当前行执行结束后，系统会立即回收

• 注意

  不要利用拷贝构造函数 初始化匿名对象

//编译器会认为 Person(p3) === Person p3; 对象声明
Person2(p3);

• 隐式转换法

  //- 隐式转换法
  //相当于 写了 Person2 p4 = Person(10);
  Person2 p4 = 10;
  Person2 p5 = p4; //拷贝构造
  

4.2.3、拷贝构造函数调用时机

c++中拷贝构造函数通常有三种情况

• 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
• 值传递的方式给函数参数传值
• 以值方式返回局部对象

1. 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象

#include<iostream>
using namespace std;class Person3 {
public:Person3() {cout << "Person3构造函数被调用" << endl;}Person3(int a) {m_Age1 = a;cout << "Person3有参构造函数被调用" << endl;}Person3(const Person3 & p) {m_Age1 = p.m_Age1;cout << "Person3拷贝构造构造函数被调用" << endl;}~Person3() {cout << "Person3析构函数被调用" << endl;}int m_Age1;
};//-使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
void test06() {Person3 p1(20);Person3 p2(p1);cout << "P2的年龄:"<<p2.m_Age1 << endl;
}int main() {test06();system("pause");return 0;
}

2. 值传递的方式给函数参数传值

//- 值传递的方式给函数参数传值
//值传递会拷贝一个副本
void doWork(Person3 p) {}void test07() {Person3 p;doWork(p);
}//- 以值方式返回局部对象int main() {test07();system("pause");return 0;
}

2. 以值方式返回局部对象

//- 以值方式返回局部对象Person3 doWork2() {//这里返回出去的是一个新的对象，会自己拷贝一个Person3 p1;cout << (int*)&p1 << endl;return p1;
}void test08() {//这里可以测试一下是不是同一个对象Person3 p = doWork2();cout << (int*)&p << endl;
}int main() {test08();system("pause");return 0;
}

4.2.4、构造函数调用规则

默认情况下，c++编译器至少给一个类添加3个函数

1. 默认构造函数（无参，函数体为空）
2. 默认析构函数（无参，函数体为空）
3. 默认拷贝构造函数，对属性进行值拷贝

构造函数调用规则如下：

• 如果用户定义有参构造函数，c++不在提供默认无参构造，但是会提供默认拷贝构造
• 如果用户定义拷贝构造函数，c++不会再提供其他构造函数

1. c++编译器至少给一个类添加3个函数

#include<iostream>
using namespace std;
//构造函数调用规则
class Person10 {
public:Person10() {cout << "person构造函数被调用" << endl;}Person10(int a) {m_age = a;cout << "person构造函数被调用" << endl;}Person10(const Person10 &p) {m_age = p.m_age;}~Person10() {cout << "person析构函数被调用" << endl;}int m_age;
};void test09() {Person10 p;p.m_age = 18;Person10 p2(p);cout << "p2的年龄为：" << p2.m_age << endl;}
int main() {test09();system("pause");return 0;
}

正常情况下输出结构

当我们随意注释掉一个函数，编译器依然可以自动运行，给我们提供一个临时的拷贝构造函数

2. 如果用户定义有参构造函数，c++不在提供默认无参构造

这里我们注释掉自己写的无参构造，运行一下。

但是会提供默认拷贝构造

3. 如果用户定义拷贝构造函数，c++不会再提供其他构造函数

我们将拷贝构造以外的所有函数注释掉

4.2.5、 深拷贝与浅拷贝

1. 浅拷贝：简单的赋值拷贝操作
2. 深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作

​ 浅拷贝带来的问题就是堆区内存重复释放

​ 如果我们在函数中开辟了一段堆区数据，我们又用的浅拷贝方式，在运行析构函数时，两块空间都指向同一个地址释放，由于先进后出的原则，前面的释放掉该地址，后面的再释放就会报错，所以需要用到深拷贝来解决该问题。

#include<iostream>
using namespace std;
class Person5 {
public:Person5() {cout << "Person5的构造函数被调用" << endl;}Person5(int a,int height) {m_age = a;//在堆区开辟个空间m_height = new int(height);cout << "Person5的参数构造函数被调用" << endl;}//析构函数的作用就是如果在函数中在堆区开辟了空间，需要手动释放~Person5() {if (m_height!=NULL){//释放掉空间delete m_height;//把值等于Null 防止野指针出现m_height = NULL;}cout << "Person5的析构函数被调用" << endl;}int m_age;int *m_height;
};void test06() {Person5 p1(18,160);cout << "P1的年龄为：" << p1.m_age <<"身高为：" <<*p1.m_height<< endl;Person5 p2(p1);cout << "P1的年龄为：" << p2.m_age << "身高为：" <<*p2.m_height << endl;
}int main() {test06();system("pause");return 0;
}

​ 这里可以看到编译器因为重复释放问题报错，为了解决这个重复释放的问题，我们自己写一个拷贝构造函数，解决浅拷贝带来的问题

	//自己实现拷贝构造函数 解决浅拷贝带来的问题Person5(const Person5 &p) {cout << "Person拷贝构造函数调用" << endl;m_age = p.m_age;//深拷贝操作m_height = new int(*p.m_height);}

这里重新开辟空间，大小为p.m_height的解引用

总结：如果属性有在堆区开辟的，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题

4.2.6、初始化列表

作用：

C++提供了初始化列表语法，用来初始化属性

语法:构造函数（）：属性1（值1），属性2（值2）…{}

#include<iostream>
using namespace std;
class Person7 {
public://传统赋值操作Person7(int a, int b, int c) {m_a = a;m_b = b;m_c = c;}//初始化列表初始化属性Person7(int a,int b,int c):m_a(a),m_b(b), m_c(c) {}int m_a;int m_b;int m_c;
};void test07() {Person7 p1(10,20,30);cout << "p1的a值为:"<< p1.m_a << endl;cout << "p1的b值为:"<< p1.m_b << endl;cout << "p1的c值为:"<< p1.m_c << endl;
}int main() {test07();system("pause");return 0;
}

4.2.7、类对象作为类成员

c++类中的成员可以是另一个类的对象，我们称为该成员为成员对象

class A{}
class B{A a;
}

那么在创建B对象时，A，B的构造和解析的顺序是谁先谁后

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;class Phone {
public:Phone(string n):mP_Name(n) {cout << "Phone的构造函数调用" << endl;}string mP_Name;
};class Person0 {
public:Person0(string name, string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName) {cout << "person的构造函数被调用" << endl;}string m_Name;Phone m_Phone;
};void test08() {Person0 p("zy", "华为");cout << "name:" << p.m_Name << "手机:" << p.m_Phone.mP_Name<< endl;
}
int main() {test08();system("pause");return 0;
}

构造时：我们可以看到是先有成员对象，再有的自身

析构时：先自身，再成员对象

也就是像栈的先进后出，后进先出

4.2.8、静态成员

静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static,称为静态成员

静态成员分为：

1. 静态成员变量
   • 所有对象共享同一份数据
   • 再编译阶段分配内存
   • 类内声明，类外初始化
2. 静态成员函数
   • 所有对象共享同一个函数
   • 静态成员函数只能访问静态成员变量

• 静态成员变量

#include<iostream>
using namespace std;//静态成员变量
class Person {
public:static  int m_A;
};
//- 所有对象共享同一份数据
//- 再编译阶段分配内存
//- 类内声明，类外初始化!!!必须要类外初始化int Person::m_A = 100;void test05() {Person p1;cout << "m_A的值为:" << p1.m_A << endl;Person p2;//所有对象共享同一份数据p2.m_A = 200;cout << "p2修改后m_A的值为:" << p1.m_A << endl;
}int main() {test05();system("pause");return 0;
}

​ 静态成员变量 不属于某个对象上，所有对象都共享同一份数据。可通过对象进行访问，也可以直接通过类名进行访问

	cout << "p2修改后m_A的值为:" << p1.m_A << endl;cout << "p2修改后m_A的值为:" << Person::m_A << endl;

​ 如果写到private权限下那么m_A的值在类外也不可以被访问

• 静态成员函数

静态函数和静态变量使用方法类似

#include<iostream>
using namespace std;class Person2 {
public:static void fun() {//静态成员函数只能访问静态成员变量m_A = 100;//m_B = 200;cout << m_A << endl;}static int m_A;int m_B;
};int  Person2::m_A = 0;void test06() {Person2 p1;//两种访问方式p1.fun();Person2::fun();Person2 p2;//共用同一个方法p2.fun();
}
int main() {//test05();test06();system("pause");return 0;
}

静态成员函数只能访问静态成员变量

4.3、C++对象模型和this指针

4.3.1、成员变量和成员函数分开存储

在C++中，成员变量和成员函数分开存储

只有非静态成员变量才属于类的对象上

1. 在C++中一个空对象占用的内存空间为1字节

#include<iostream>
using namespace std;//成员变量和成员函数分开存储 
class Person {
};void test04() {Person p1;//C++会给每一个空对象分配一字节空间，//是为了区分空对象占用内存的位置cout << sizeof(p1) << endl;
}int main() {test04();system("pause");return 0;
}

2. 如果里面声明了一个非静态变量，内存空间会发生改变

class Person {
public:int m_A;
};
void test05() {Person p2;cout << sizeof(p2) << endl;
}

2. 静态成员变量、静态成员函数、非静态成员函数均不属于类对象上

class Person {
public:int m_A;static  int m_B;void fun() {};static void fun2() {};
};
int Person::m_B = 0;void test05() {Person p2;cout << sizeof(p2) << endl;
}

4.3.2、this指针概念

​ 通过4.3.1我们知道c++中成员变量和成员函数是分开存储的

​ 每个非静态成员函数只会诞生一份函数实例，也就是多个同类型的对象会共用一块代码，那么这块代码是如何区分是那个对象调用了自己呢？

​ C++通过提供特殊的对象指针this指针，解决上述问题。this指针指向被调用的成员函数所属的对象

this指针是隐含每一个非静态成员函数内的一种指针

this指针不需要定义，直接使用即可

this指针的用途：

• 当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分
• 在类的非静态成员函数中返回对象本身，可使用return *this

1. this指针指向被调用的成员函数所属的对象

#include<iostream>
using namespace std;class Person6 {
public:Person6(int age) {age = age;}int age;
};void test06() {Person6 p1(10);cout << "P1的值为:" << p1.age << endl;
}int main() {test06();system("pause");return 0;
}

这里会出现编译器不认识age属于同一个

所以有两种方法，第一种改变名字，第二种用this指向

2. 链式编程 *this返回自身

class Person6 {
public:Person6(int age) {this->age = age;}//做一个年龄+=操作//通过 *this返回自身，可以实现链式编程Person6& PersonAddAge(Person6 &p) {this->age += p.age;//this 指向的是p2的指针，而*this指向的就是对象本体return *this;}int age;
};
void test07() {Person6 p1(10);Person6 p2(10);p2.PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1);cout << p2.age << endl;
}

如果不用解引用方式区返回，输出结果就为20

因为编译器会调用拷贝构造函数，创建一个新的对像，不会追加到自身上。

4.3.3、空指针访问成员函数

C++中空指针也是可以调用成员函数的，但是也要注意有没有用到this指针

如果用到this指针，需要加以判断保证代码的健壮性

#include<iostream>
using namespace std;class Person6 {
public:void showClassName() {cout << "this is Person class" << endl;}void showPersonAge() {//报错原因是因为传入的指针为Nullif (this == NULL){return;}cout << "age=" <<this-> m_Age << endl;}int m_Age;
};void test05() {Person6 *p = NULL;p->showClassName();p->showPersonAge();
}
int main() {system("pause");return 0;
}

4.3.4、const修饰成员函数

常函数：

• 成员函数后加const后我们称为这个函数为常函数
• 常函数内不可以修改成员成员属性
• 成员属性声明时加关键字mutable后，在常函数中依然可以修改

常对象：

• 声明对象前加const称该对象为常对象
• 常对象只能调用常函数

class Person {
public://this指针的本质 是指针常量 指针的指向是不可以修改的// const Person * const this;//在成员函数后面加const，修饰的是this指向，让指针指向的值也不可以修改void showPerson() const {this->m_B = 100;//this = NULL; }void func() {m_A = 100;}int m_A;//特殊变量，即使在常函数中，也可以修改该值，加关键字mutablemutable int m_B; };void test05() {Person p1;p1.showPerson();
}void test06() {const Person p; //在对象前加const，变为常对象//p.m_A = 100;p.m_B = 100;//m_B是特殊值，在常对象也可以修改//常对象只能调用常函数p.showPerson();//p.func(); //常对象不可以调用普通成员函数，因为普通成员函数可以修改属性
}

4.4、友元

​ 在程序里，有些私有属性也想让类外特殊的一些函数或者类进行访问，就需要用到友元的技术

友元的目的就是让一个函数或者类，访问另一个类中私有成员

关键字：friend

• 三种实现
  • 全局函数做友元
  • 类做友元
  • 成员函数做友元

1. 全局函数做友元

#include<iostream>
using namespace std;class Building {//为了让全局函数访问到私有的权限可以利用friend关键字friend void goodGay(Building* building);
public:Building() {m_sittingRoom = "客厅";m_BedRoom = "卧室";}public:string m_sittingRoom;
private:string m_BedRoom;
};
//全局函数
void goodGay(Building *building) {cout << "正在访问：" << building->m_sittingRoom << endl;	cout << "正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;
}void test05() {Building buiding;goodGay(&buiding);
}
int main() {test05();system("pause");return 0;
}

2. 类做友元

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;class Building {//为了让类访问到私有的权限可以利用friend关键字friend class GoodGay;
public:Building();public:string m_sittingRoom;
private:string m_BedRoom;
};class Building;
class GoodGay {
public:GoodGay();//访问Building中的属性void visit();Building * building;};//类外写成员函数
Building::Building() {m_sittingRoom = "客厅";m_BedRoom = "卧室";
};GoodGay::GoodGay() {//指向building = new Building;
}void GoodGay::visit() {cout << "类正在访问:" << building->m_sittingRoom << endl;cout << "类正在访问:" << building->m_BedRoom << endl;};void test05() {GoodGay gg;gg.visit();
}
int main() {test05();system("pause");return 0;
}

3. 成员函数做友元

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;class Building;
class GoodGay {
public:GoodGay();//让visit函数可以访问Building中的私有成员void visit();//让visit2函数不可以访问Building中的私有成员void visit2();
private:Building *building;
};class Building {friend  void GoodGay::visit();
public:Building();
public:string m_sittingRoom;
private:string m_BedRoom;
};Building::Building() {m_sittingRoom = "客厅";m_BedRoom = "卧室";
}GoodGay::GoodGay() {building = new Building;
}void GoodGay::visit() {cout << "函数正在访问：" << building->m_sittingRoom << endl;cout << "函数正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;
};
void GoodGay::visit2() {cout << "函数正在访问：" << building->m_sittingRoom << endl;
};void test07() {GoodGay gg;gg.visit();
}
int main() {test07();system("pause");return 0;
}

4.5、运算符重载

概念：对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能，以适应不同的类型数据

1. 对于内置的数据类型的表达式的运算符是不能被修改的

   例：1+1=0 是不被允许的

2. 不能滥用运算符重载

   例：原本为加法 写成 乘法

• 关键字：operator

4.5.1、加号运算符重载

• operator+

#include<iostream>
using namespace std;//加号运算符重载
class Person {
public://成员函数重载+号//Person operator+(Person& p1) {//	Person temp;//	temp.m_valueA = p1.m_valueA + this->m_valueA;//	temp.m_valueB = p1.m_valueB + this->m_valueB;//	return temp;//}
public:int m_valueA;int m_valueB;
};
//全局实现
Person operator+(Person &p1, Person& p2) {Person temp;temp.m_valueA = p1.m_valueA + p2.m_valueA;temp.m_valueB = p1.m_valueB + p2.m_valueB;return temp;
}
//重载实现
Person operator+(Person &p1, int num) {Person temp;temp.m_valueA = p1.m_valueA + num;temp.m_valueB = p1.m_valueB + num;return temp;
}
int main() {Person p1,p2,p3;p1.m_valueA = 10;p1.m_valueB = 20;p2.m_valueA = 10;p2.m_valueB = 20;p3 = p1 + p2;cout << p3.m_valueA << '\n' << p3.m_valueB << endl;//重载p4 = p1 +10;cout << p4.m_valueA << '\n' << p4.m_valueB << endl;system("pause");return 0;
}

4.5.2、左移运算符重载

• 关键字operator<<

#include<iostream>
using namespace std;
class Person {friend ostream& operator<<(ostream& cout, Person& p);
public:Person(int a, int b) {m_A = a;m_B = b;}
private:int m_A;int m_B;
};//ostream 输出流类型
ostream& operator<<(ostream &cout,Person &p) {cout << "A:" << p.m_A << " B:" << p.m_B;return cout;
}void test07() {Person p1(10,10);cout << p1 << endl;;
}
int main() {test07();system("pause");return 0;
}

4.5.3、后置运算符重载

• operator++() 前置
• operator++(int) 后置

前置递增返回引用，后置递增返回值

#include<iostream>
using namespace std;
//重载递增class MyInterger {
friend  ostream& operator<<(ostream& cout, MyInterger myint);
public:MyInterger() {m_Num = 0;}//重载前置++运算符MyInterger& operator++() {m_Num++;return *this;}//重载后置++运算符//int 代表占位可以用于区别前置和后置MyInterger operator++(int) {//先记录当时结果MyInterger temp = *this;//后递增m_Num++;//最后将记录的结果做返回return temp;}
private:int m_Num;
};
//重载<<运算符
ostream& operator<<(ostream& cout, MyInterger myint) {cout << myint.m_Num << endl;return cout;
}
void test06() {MyInterger myint;cout << ++myint << endl;
}int main() {test06();system("pause");return 0;
}

4.5.4、赋值运算符重载

• operator=

#include<iostream>
using namespace std;
//赋值运算符重载
class Person {
public:Person(int age) {m_Age = new int(age);}~Person(){if (m_Age !=NULL){delete m_Age;m_Age = NULL;}}//重载 赋值运算符Person operator=(Person& p) {//先判断是否有属性在堆区如果有先释放干净，然后再深拷贝if (m_Age != NULL){delete m_Age;m_Age = NULL;}//深拷贝m_Age = new int(*p.m_Age);//返回本身return *this;}int* m_Age;
};void test01() {Person p1(18);Person p2(20);Person p3(40);p3 = p2 = p1;cout << *p1.m_Age << endl;cout << *p2.m_Age << endl;
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

4.5.5、关系运算符重载

• operator==
• operator!=

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Person {
public:Person(string name, int age){m_Name = name;m_Age = age;}//重载等号bool operator==(Person &p) {if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age){return true;}return false;}//重载不等号bool operator!=(Person &p) {if (this->m_Name != p.m_Name && this->m_Age != p.m_Age){return false;}return true;}public:string m_Name;int m_Age;
};
void test01() {Person p1("Tom", 18);Person p2("Tom", 18);Person p3("jeery", 18);if (p1==p2){cout << "P1和P2相等" << endl;	}else {cout << "P1和P2不相等" << endl;}if (p1!=p3){cout << "P1和P3不相等" << endl;	}else {cout << "P1和P3相等" << endl;}
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

4.5.6、函数调用运算符重载

• 函数调用运算符()也可以重载
• 由于重载后使用的方式非常像函数的调用，因此称为仿函数
• 仿函数没有固定写法，非常灵活
• operator()

//匿名函数对象

MyAdd()(100, 100)

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class MyPrint {
public://重载函数调用运算符void operator()(string test) {cout << test << endl;	}
};
void test01() {MyPrint myPrint;myPrint("hello world");//由于使用起来非常类似于函数调用，因此称为仿函数
}
//仿函数非常灵活，没有固定的写法
//加法类class MyAdd {
public:int operator()(int num1, int num2) {return num1 + num2;}
};void test02() {MyAdd m1;int sum  =  m1(100, 100);cout << sum << endl;//匿名函数对象cout << MyAdd()(100, 100) << endl;
}
int main() {//test01();test02();system("pause");return 0;
}