【C++语言】类和对象--默认成员函数 （中）

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前言

本节是要学习六个默认成员函数。主要是从四个方面讲解：
1）什么是该默认成员函数？
2）默认成员函数做了什么？
3）一些易错的注意事项
4）什么时候用默认成员函数，什么时候显式实现？
本篇用 日期类（Date）、栈（Stack) 、队列（Queue）三种类来举例

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类的六个默认成员函数：

• 如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。
  空类中真的什么都没有吗？并不是，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下6个默认成员函数。
  默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。
  

1. 构造函数

构造函数就与我们所写的Init()方法一样，用于类对象属性的初始化。但这个构造函数不用用户调用，而是在类对象实例化时自动调用。

概念

构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用，以保证每个数据成员都有 一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。

特性

我们围绕第一个问题展开：什么是构造函数？
其有如下特征：

1. 函数名与类名相同
2. 无返回值

class Date
{
public://函数名和类名相同，无返回值Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};

3. 函数可以重载

class Date
{
public://无参数Date(){_year = year;_month = month;_day = day;}/*//全缺省:注意全缺省和无参数不能同时存在，他们实例化方式可以相同，编译器无法辨别Date(int year=2024,int month=4,int day=27){_year = year;_month = month;_day = day;}*///半缺省Date(int year,int month=4,int day=27){_year = year;_month = month;_day = day;}//不缺省Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};

4. 对象实例化时编译器自动调用
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。后面实例化对象按照显式定义的函数调用（举例看下面代码注释）

Date类举例：

class Date
{
public:/*// 5.如果用户显式定义了构造函数，编译器将不再生成默认构造函数，后面也不能用Date d1;这样实例化，而是采用Date d1(2024,4,27);这样来实例化对象；Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}*/void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1;d1.Print();return 0;
}

这里我们用Date实例化了个对象d1，调用Print函数打印日期，发现个问题如下图：

我们发现我们的实例化对象d1并没有初始化啊，那默认构造函数到底干了什么呢？

做了什么？

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数据类型，如：int/char…，自定义类型就是我们使用class/struct/union等自己定义的类型。默认生成的构造函数对两者处理不同：
1）内置类型不做处理；
2）自定义类型调用它自己的默认构造函数；

易错注意：

1. 实例化对象，错误：

int main()
{Date d1;     //表示实例化一个Date类对象；Date d1();	 //表示一个返回值为Date的d1（）函数方法；return 0;
}

2. 无参数构造函数、全缺省构造函数、默认构造函数三种都可以当做默认构造函数，只能存在其中一个，不然会发生实例化时编译器不知道调用哪一个构造函数的错误。因为都可以用Date d1；来实例化对象。
3. C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值。

class Date
{
public:void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private://可以在这里给缺省值int _year=2024;int _month=4;int _day=27;
};
int main()
{Date d1;d1.Print();return 0;
}

显式定义和默认构造函数

那么什么时候我们采用显式定义，什么时候采用默认构造函数呢？
我给出的答案是，一般都自己显式定义比较好。
默认构造函数在以下几种情况下可以使用：

1. 内置类型成员都具有缺省值（默认值）；
2. 类中全是自定义类型，如：Queue；

2. 析构函数

析构函数是一个特殊的成员函数，其名称与类名相同，前面加上波浪号（~）作为前缀。析构函数的主要作用是执行对象生命周期结束时的清理工作。当一个对象的生命周期结束时，无论是因为超出作用域、被显式删除，还是因为其所在的动态内存分配被释放，析构函数都会被自动调用。

概念

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，局部对象销毁工作是由编译器完成的。而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工作。

特征

那么什么是析构函数呢？
它有以下特征：

1. 函数名就是在类名前加~；
2. 无参数、无返回类型；
3. 一个类只能由一个析构函数。若没有显示定义，系统自动调用默认析构函数。注意：析构函数不能够重载；
4. 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。

Stack类 举例：

class Stack {public://构造函数Stack(int capacity=4) {_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);if (NULL == _a){perror("malloc fail");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}//析构函数：显式定义~Stack(){//释放动态调用的空间资源free(_a);_a = NULL;}private:int* _a;int _size;int _capacity;
};int main()
{{Stack s1(10);}//s1作用域结束自动调用 ~Stack();//不论显示定义，还是默认析构函数，都不需要显示调用；return 0;
}

做了什么?

默认析构函数做了什么？

1. 内置类型不做处理；
2. 自定义类型调用它的析构函数；

内置类型成员，销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可

注意事项：

1. 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，比如Date类；有资源申请时，一定要写，否则会造成资源泄漏，比如Stack类。
2. Queue类，成员全是自定义类型，会调用成员各自的析构函数。所以不用调用析构函数。
3. 只有堆上的资源需要手动释放。

3.拷贝构造函数

拷贝构造函数是C++中的一种特殊的构造函数，用于创建一个新对象，该对象是已存在对象的副本。拷贝构造函数在多种情况下会自动被调用。

概念

概念：拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。

特征

拷贝构造函数有以下特征：

1. 拷贝构造函数是构造函数的重载形式。
2. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用。
3. 若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。 默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。

Date类 举例：

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}//拷贝构造函数 一个参数，必须是对象引用哦！！!Date(const Date& d){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;//拷贝构造函数Date d2(d1);return 0;
}

做了什么？

默认拷贝构造：依旧是一样的，对内置类型进行浅拷贝，自定义类型调用它们自己的拷贝构造。不需要显示定义的类，比如：Date、Queue。需要显式定义的类，比如：Stack。因为有动态空间的开辟，所以需要深拷贝。

注意事项：

这个比较容易错，大家请注意！

1. 默认拷贝构造只是浅拷贝，需要深拷贝的对象需要显示定义拷贝构造函数。
   举个Stack的例子：我们如果只是浅拷贝来处理Stack会出现错误。

比如：Stack s2(s1);
如果只是浅拷贝： s2._a=s1._a; 只是这种两个指针指向同一个开辟的空间；

• 问：这种会出现怎样的问题呢？

• 答：在函数结束的时候，s1调用一次析构函数，把空间释放了；s2也会在调用一次，此时原本空间已经被释放了，无法再次释放，会报错。

2. 强调，显示定义拷贝构造函数，只能传一个参数并且必须为该类的引用。不能传值。
   原因：如果进行传值传参，会在过程中调用拷贝构造去拷贝一个data临时对象，用于传值。如下图，便无限的调用下去，没有结束点，进入死循环。所以发生报错。

4.赋值运算符重载

运算符重载

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。
函数名字为：关键字 operator后面接需要重载的运算符符号。
函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)
注意：

1. 不能新增加运算符；
2. 保持运算符具有原有语意；
3. 不改变运算符原有操作数个数；(比如+，就只能两个对象进行）
4. 作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this
5. .* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。

赋值运算符的重载

1. 赋值运算符重载格式
参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率
返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值
检测是否自己给自己赋值
返回*this ：要复合连续赋值的含义

Date类 举例：

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_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;}//赋值运算符重载Date& operator=(const Date& d){if (this != &d){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}return *this;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1(2024,5,5);//拷贝构造函数Date d2(2024,5,6);Date d3;d3 = d1 = d2;return 0;
}

注意事项：

1. 赋值运算符重载是默认构造函数，不写，会进行简单的赋值和浅拷贝类似。通常需要为包含动态分配内存的类重载赋值运算符，以执行深拷贝操作。深拷贝意味着为新对象分配新的内存，并复制原对象所指向的内存内容，从而确保两个对象独立拥有自己的内存资源。
2. 注意区分什么是赋值，什么时候是构造：

Date d1(2024,5,5); //构造
Date d2 = d1;      //构造
Date d3; 
d3=d1;             //赋值
辨别方法：已存在的对象初始化另一个对象叫构造；两个都存在的对象，则是赋值。
//小技巧：看前面有没有Date 类

5.取地址及const取地址操作符重载

这两个默认成员函数一般不用重新定义 ，编译器默认会生成。

class Date
{
public :
Date* operator&()
{
return this ;
}
const Date* operator&()const
{
return this ;
}
private :
int _year ; // 年
int _month ; // 月
int _day ; // 日
};

这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容！

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总结

本章节介绍了四个主要的默认成员函数，还有两个不常用就没有过多介绍。

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