C++类和对象（中）

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可口也可樂、 发表于 2022/03/20 12:46:48 2022/03/20
【摘要】 @TOC 一、前言本章是继C++类和对象启点之章的后续，进一步深入学习掌握C++类和对象 二、类的6个默认成员函数汇总对于任何一个类来说，在我们不主动写默认成员函数时，会自动生成默认成员函数，总共有6个默认成员函数汇总示图： 三、构造函数引入：在C语言数据结构时，创建结构变量我们经常需要自行调用结构初始化函数，否则可能会报错，为了避免忘记调用初始化函数，C++对此做出了优化，即在创建对象时自...

@TOC

一、前言

本章是继C++类和对象启点之章的后续，进一步深入学习掌握C++类和对象

二、类的6个默认成员函数汇总

对于任何一个类来说，在我们不主动写默认成员函数时，会自动生成默认成员函数，总共有6个默认成员函数

  • 汇总示图：image-20211209170855212

三、构造函数

  • 引入：

在C语言数据结构时，创建结构变量我们经常需要自行调用结构初始化函数，否则可能会报错，为了避免忘记调用初始化函数，C++对此做出了优化，即在创建对象时自动调用初始化函数，也就是构造函数

  • 概念：

构造函数是特殊的成员函数，在由类创建对象时对对象的成员变量进行初始化，创建类类型对象时由编译器自动调用，保证每个数据成员都有一个合适的初始值，并且在对象的生命周期内只调用一次

  • 特性：

    1. 函数名必须和类名一致

    2. 无返回值（没有返回值并不是void，void返回值是空）

    3. 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数（在C语言上的优化）

    4. 构造函数可以重载(可以存在多种初始化方式)

  • 示例：

class Date
{
public:
	// 1.无参构造函数
	Date()
	{
		cout << "Date()" << endl;
	}
	// 2.带参构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void TestDate()
{
	Date d1; // 调用无参构造函数
	Date d2(2022, 2, 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，否则就成了函数声明
	// 以下代码的函数：声明了d3函数，该函数无参，返回一个日期类型的对象
	Date d3();
}
image-20211207215849791
  1. 如果类中没有显式定义构造函数（我们没有主动写），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
  • 示例：
class Date
{
public:
   /*
   // 如果用户显式定义了构造函数，编译器将不再生成
   Date (int year, int month, int day)
   {
   _year = year;
   _month = month;
   _day = day;
   }
   */
private:
   int _year;
   int _month;
   int _day;
};
void Test()
{
   // 没有主动写构造函数，此处会调用编译器生成的默认构造函数
   Date d;
}
  1. 无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个(默认构造函数：无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数)
  • 示例：
class Date
{
public:
	//构造函数可以重载，因为可能我们想初始化对象的方式有多种
	Date()//无参构造函数
	{
		_year = 1900;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)//全缺省构造函数
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
void Test()
{
	Date d1;
}
image-20211207224851779
  • 解释：

对于不传参构造来说，初始化调用无参构造函数或者全缺省构造函数都行，而编译器不能明确知道该调用哪一个（存在二义性/矛盾），也就报错了

  1. 编译器生成默认的构造函数其实并不会对对象的内置类型（int/char/float等等）进行处理（因为并不知道怎样初始化好），但是会对自定义类型进行调用其类型自身的默认构造函数
  • 示例：
class Time
{
public:
	Time()//自己写的默认构造函数
	{
		cout << "Time()" << endl;
		_hour = 0;
		_minute = 0;
		_second = 0;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
	/*Date()
	{
		cout << "Date" << endl;
	}*/
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}
image-20211207230249413

注：如果自定类型的默认构造函数也是编译器默认生成的话，还是相当于不会处理

image-20211207230612323

注：所以一般来说都建议自己写构造函数进行初始化成员变量

  1. 成员变量的命名风格

对于一般的命名来说在一定的情况中可能或造成命名冲突

  • 示例：
class Date
{
public:
	Date(int year)
	{
		// 这里的year到底是成员变量，还是函数形参？指定不明，编译器会根据就近原则选择是函数形参变量
		year = year;
	}
private:
	int year;
};
image-20211207231902931
  • 命名风格1：
class Date
{
public:
	Date(int year)
	{
		_year = year;
	}
private:
	int _year;
};
  • 命名风格2：
class Date
{
public:
	Date(int year)
	{
		m_year = year;
	}
private:
	int m_year;
};

四、析构函数

  • 引入：

和构造函数一样，因为一些类型的创建后需要自行释放动态开辟的空间（避免内存泄漏），为了避免忘记，C++也引入了析构函数

  • 概念：

析构函数不是完成对象的销毁，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，完成类的一些资源清理工作（释放动态开辟的空间）

  • 特性:

    1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~

    2. 无参数无返回值

    3. 一个类有且只有一个析构函数，若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数(不能重载)

    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 (在C语言上的优化)

  • 示例：

typedef int DataType;
class SeqList
{
public:
	SeqList(int capacity = 10)//构造函数
	{
		_pData = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
		assert(_pData);
		_size = 0;
		_capacity = capacity;
	}
	~SeqList()//析构函数
	{
		cout << "~SeqList()" << endl;
		if (_pData)
		{
			free(_pData); // 释放堆上的空间
			_pData = NULL; // 将指针置为空
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	int* _pData;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

int main()
{
	SeqList sl;
	return 0;
}
image-20211208091142089
  1. 对于编译器生成的默认析构函数，对于内置类型不用处理（对象生命周期结束会自动销毁），对自定类型成员调用它的析构函数

注：一般来说如果成员变量没有动态开辟的空间，可以不用自己写，编译器自动生成的就足够用

  • 示例：
class String
{
public:
	String(const char* str = "jack")
	{
		_str = (char*)malloc(strlen(str) + 1);
		strcpy(_str, str);
	}
	~String()
	{
		cout << "~String()" << endl;
		free(_str);
	}
private:
	char* _str;
};
class Person
{
private:
	String _name;
	int _age;
};
int main()
{
	Person p;
	return 0;
}
image-20211208092009562

五、拷贝构造函数

  • 概念：

在创建对象时，创建一个与一个对象一某一样的新对象
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:

    1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式（参数不同）

    2. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须使用引用传参，使用传值方式会引发无穷递归调用（传值也是一种拷贝，会继续调用拷贝函数）

  • 示例：

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)//构造函数
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	Date(const Date& d)//拷贝构造函函数
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;//调用构造函数
	Date d2(d1);//调用拷贝构造函数
	return 0;
}
  • 传值拷贝构造：
image-20211209153005694
  1. 若未显示定义，系统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，这种拷贝我们叫做浅拷贝，或者值拷贝
class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	// 这里d2调用的默认拷贝构造完成拷贝，d2和d1的值也是一样的。
	Date d2(d1);
	return 0;
}
  1. 编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了，对于像日期类这样的类（只有指针类型的类）是没必要的，编译器生成的足够使用了，而对于存在指针类型的成员函数则会存现问题
class String
{
public:
	String(const char* str = "xxxx")
	{
		_str = (char*)malloc(strlen(str) + 1);
		strcpy(_str, str);
	}
	~String()//析构函数，进行释放动态开辟的空间
	{
		cout << "~String()" << endl;
		free(_str);
	}
private:
	char* _str;
};
int main()
{
	String s1("hello");
	String s2(s1);
}
  • 解释：

当两个同类对象的成员指针变量同时指向一个动态开辟的空间，如果一个对象对这空间进行释放，而另一个对象却依旧保存着该地址（野指针），如果进行操作该空间（再次free等）则会造成程序崩溃image-20211209154119148

六、赋值运算符重载

1、运算符重载

  • 引入：

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

  • 使用：
  1. 函数名字：关键字operator后面接需要重载的运算符符号
  2. 函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)

  • 注意：

    1. 不能通过连接其他符号来创建新的操作符，如@等

    2. 重载操作符必须有一个类类型或者枚举类型的操作数

    3. .* 、:: 、sizeof 、?: 、. 注意以上5个运算符不能重载

    4. 如果重载函数在类外，想要访问类里的成员变量，有两种方式

  • 方式1：设置成员变量访问限定符为public

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
//private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// 成员变量是共有的，封装性无法保证
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
	return d1._year == d2._year
	&& d1._month == d2._month
		&& d1._day == d2._day;
}
void Test()
{
	Date d1(2018, 9, 26);
	Date d2(2018, 9, 27);
	cout << (d1 == d2) << endl;
}
image-20211209161255362
  • 方式2：设置成友元函数

对于友元的知识在类和对象最终章会详细讲解，这里只做了解

注：一般来说都建议将操作符重载设定在类里面（重载成成员函数）

  1. 用于内置类型的操作符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义

  2. 作为类成员的重载函数时，其形参看起来比操作数数目少1成员函数，但是操作符函数有一个默认的形参this，限定为第一个形参（注：对于两个操作数的操作符，第一个形参代表左操作数，第二个形参代表右操作数）

  • 示例：
class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// bool operator==(Date* this, const Date& d2)
	// 这里需要注意的是，左操作数是this指向的调用函数的对象
	bool operator==(const Date& d2)
	{
		return _year == d2._year
		&& _month == d2._month
		&& _day == d2._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void Test()
{
	Date d1(2018, 9, 26);
	Date d2(2018, 9, 27);
	cout << (d1 == d2) << endl;
}

2、赋值运算符重载

  • 示例：Date类赋值运算符重载
class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
	Date& operator=(const Date& d)
	{
		if (this != &d)//避免对象赋值自己
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2022,2,1);//调用构造函数
	Date d2;
    d2=d1;//调用赋值操作符重载
	return 0;
}
image-20211209162832235
  • 赋值运算符主要有四点：

  1. 参数类型

  2. 返回值

  3. 检测是否自己给自己赋值

  4. 返回*this

  5. 一个类如果没有显式定义赋值运算符重载，编译器也会生成一个，完成对象按字节序的值拷贝

  • 注意：

  1. 对于赋值重载和拷贝构造其实本质上作用差不多，唯一一点的区别是赋值重载是在对象创建之后进行赋值操作，而拷贝构造是在对象创建时进行初始化

  2. 和拷贝构造一样，如果对于像Date类一样的类来说，编译器默认生成的赋值重载已经足够完成成员变量的浅拷贝任务了，不需要自己写，如果涉及深拷贝则需要自己写

七、日期类的实现

在以目前学会的类和对象知识，我们可以上手实现一个Date类出来

  • 接口展示：
class Date
{
public:
	// 获取某年某月的天数
	int GetMonthDay(int year, int month);
	// 全缺省的构造函数
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1);
	// 拷贝构造函数
	// d2(d1)
	Date(const Date& d);
	// 赋值运算符重载
	// d2 = d3 -> d2.operator=(&d2, d3)
	Date& operator=(const Date& d);
	// 析构函数
	~Date();
	// 日期+=天数
	Date& operator+=(int day);
	// 日期+天数
	Date operator+(int day);
	// 日期-天数
	Date operator-(int day);
	// 日期-=天数
	Date & operator-=(int day);
	// 前置++
	Date& operator++();
	// 后置++
	Date operator++(int);
	// 后置--
	Date operator--(int);
	// 前置--
	Date& operator--();
	// >运算符重载
	bool operator>(const Date& d);
	// ==运算符重载
	bool operator==(const Date& d);
	// >=运算符重载
	inline bool operator >= (const Date& d);
	// <运算符重载
	bool operator < (const Date& d);
	// <=运算符重载
	bool operator <= (const Date& d);
	// !=运算符重载
	bool operator != (const Date& d);
	// 日期-日期 返回天数
	int operator-(const Date& d);
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

八、const成员

  • const修饰类的成员函数

将const修饰的类成员函数称之为const成员函数，const修饰类成员函数，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

image-20211209164432483
  • 相关问题：
class Date
{
public:
	void Display()
	{
		cout << "Display ()" << endl;
		cout << "year:" << _year << endl;
		cout << "month:" << _month << endl;
		cout << "day:" << _day << endl << endl;
	}
	void Display() const
	{
		cout << "Display () const" << endl;
		cout << "year:" << _year << endl;
		cout << "month:" << _month << endl;
		cout << "day:" << _day << endl << endl;
	}
private:
	int _year; // 年
	int _month; // 月
	int _day; // 日
};
void Test()
{
	Date d1;
	d1.Display();
	const Date d2;
	d2.Display();
}
  1. const对象可以调用非const成员函数吗？

不能，const对象即不能修改，而非const成员函数则需要对象能可读可写（权限的扩大）

  1. 非const对象可以调用const成员函数吗？

能，非const对象即是可读可写，调用const成员函数则只需要对象能可读就行（权限的缩小）

  1. const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗？

不能，const成员函数即无法通过this修改对象不能修改，而非const成员函数则需要对象能可读可写（权限的扩大）

  1. 非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗

能，非const成员函数即能通过this修改对象可读可写，调用const成员函数则只需要对象能可读就行（权限的缩小）

九、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（不想让别人找到对象地址）！

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