【C++】类和对象(中篇)-----＞六大默认成员函数

目录

一、类的6个默认成员函数

二、构造函数

 1、概念 

 2、特性

三、析构函数

 1、概念

 2、特性

四、拷贝构造函数

 1、概念

 2、特征

五、赋值运算符重载

 1、运算符重载

 2、值运算符重载

   2.1 赋值运算符重载格式

   2.2 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数

   2.3 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝

 3、前置++和后置++重载

六、const 成员函数

七、取地址及 const 取地址操作符重载

一、类的6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。

二、构造函数

 1、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。

下面看段代码： 

class Date
{
public:
	void Init(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.Init(2022, 6, 28);
	d1.Print();
	Date d2;
	d2.Init(2023, 6, 28);
	d2.Print();
	return 0;
}

对于Date类，可以通过 Init 公有方法给对象设置日期，但如果每次创建对象时都调用该方法设置 信息，未免有点麻烦，那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？

答案：是可以的，因为构造函数就具备这样的功能。

例如下面代码就是用的构造函数：

class Date
{
public:
	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(2022,6,28);
	d1.Print();

	Date d2(2023,6,28);
	d2.Print();
	return 0;
}

 2、 特性

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，而是初始化对象。

其特性如下：

1、函数名与类名相同。

2、无返回值。

3、对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。

4、构造函数可以重载。

class Date
{
public:
	// 1.无参构造函数
	Date()
	{}

	// 2.带参构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1; // 调用无参构造函数
	Date d2(2023, 6, 28); // 调用带参的构造函数
}

例如调用无参构造函数：

#include <iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date()
	{
		_year = 2023;
		_month = 6;
		_day = 30;
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	d1.Print();
	Date d2;
	d2.Print();

	return 0;
}

运行结果：

例如调用带参的构造函数：

class Date
{
public:
	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(2022,6,28);
	d1.Print();

	Date d2(2023,6,28);
	d2.Print();
	return 0;
}

Date()
{
	_year = 2023;
	_month = 6;
	_day = 30;
}
Date(int year = 2023, int month = 6, int day = 30)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
}

可以发现上面两个函数构成了重载，但是需要注意的是：当定义一个Date类的对象时如果不带参数就会出问题，因为编译器不知道到底调用哪一个函数。

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。

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;
	}
	*/
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	// 将Date类中构造函数屏蔽后，代码可以通过编译，因为编译器生成了一个无参的默认构造函数

	// 将Date类中构造函数放开，代码编译失败，因为一旦显式定义任何构造函数，编译器将不再生成
	// d1对象并没有初始值，所以应该去调用无参构造函数或者全缺省构造函数，而显示定义的构造函数并非默认构造函数
	Date d1;
	return 0;
}

6、关于编译器生成的默认成员函数，我们会发现，不实现构造函数的情况下，编译器会生成默认的构造函数。但是看起来默认构造函数又好像没什么用？一个对象调用了编译器生成的默认构造函数，但是这个对象的年月日依旧是随机值。也就说在这里编译器生成的默认构造函数并没有什么用？

      答：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，看看 下面的程序，就会发现编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员 _t 调用的它的默认成员 函数。

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time()" << endl;
		_hour = 0;
		_minute = 0;
		_second = 0;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
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;
}

注意： 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。意思就是在定义对象的时候给了初始值，就会使用你所给的初始值，若没给初始值，那么就会使用这个在声明时给到的默认值，避免随机值的出现。

7、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。

注意：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，都可以认为 是默认构造函数。

class Date
{
public:
	Date()
	{
		_year = 1900;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_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;
}

以上代码是不能编译通过的。

 因为同时出现了两个默认构造函数，当定义了一个无初始值的对象时，编译器就不知道该去调用哪个构造函数。

三、析构函数

 1、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。

 2、特性

1、析构函数名是在类名前加上字符 ~。

2、无参数无返回值类型。

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。注意：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。

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	Stack(DataType capacity = 3)
	{
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
		if (NULL == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败!!!");
			return;
		}
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(DataType data)
	{
		// CheckCapacity();

		_array[_size] = data;
		_size++;
	}
	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = NULL;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};
int main()
{
	Stack s;
	s.Push(1);
	s.Push(2);
    //析构函数不需要调用，它会自动调用
	return 0;
}

5、 关于编译器自动生成的析构函数，是否会完成一些事情呢？下面的程序我们会看到，编译器 生成的默认析构函数，对自定类型成员调用它的析构函数。

class Time
{
public:
	~Time()
	{
		cout << "~Time()" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

运行结果：

     在main方法中根本没有直接创建 Time 类的对象，为什么最后会调用Time类的析构函数？

     答：在main函数中，创建了Date类，其中包含四个成员变量，其中一个为自定义类型变量，在创建了Date类对象时不仅通过Date类的构造函数对内置类型的三个变量初始化，还要去调用自定义类型变量对应的构造函数完成初始化，那么程序退出时首先要完成对Date类对象的析构，除此之外，还要对Time类完成析构函数，因为在Date类中为完成 _t 的初始化而调用了Time类的构造函数。

     注意：创建哪个类的对象则调用该类的析构函数，销毁那个类的对象则调用该类的析构函数。

6、 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。

四、拷贝构造函数

 1、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。

 2、特征

1、 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。

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，使用传值方式编译器直接报错， 因为会引发无穷递归调用。

class Date
{
public:
	Date(int year = 2000, int month = 1, int day = 9)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// Date(const Date d)  错误写法，会引起无穷递归调用
	Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	Date d2(d1);
	return 0;
}

   为什么不能使用传值的方式调用拷贝构造函数？

   答：通过 d1 对象去拷贝构造一个新对象 d2 ，而采用传值的方式会对 d1 重新创建一个临时对象 d ，这个创建临时对象的过程又被认为是一个拷贝构造的过程，那么就又会去调用拷贝构造函数，以此类推就会出现拷贝构造函数的无穷递归，而采用传引用的方式就不会出现创建临时对象这个过程。

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。

class Time
{
public:
	Time()
	{
		_hour = 1;
		_minute = 1;
		_second = 1;
	}
	Time(const Time& t)
	{
		_hour = t._hour;
		_minute = t._minute;
		_second = t._second;
		cout << "Time::Time(const Time&)" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;

	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d1;
	// 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数
	// 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构造函数
	Date d2(d1);
	return 0;
}

注意：在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。

4、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，还需要自己显式实现吗？ 当然像日期类这样的类是没必要的。

// 这里会发现下面的程序会崩溃掉,原因就在于析构函数
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 10)
	{
		_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
		if (nullptr == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		_size = 0;
		_capacity = capacity;
	}
	void Push(const DataType& data)
	{
		// CheckCapacity();
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}
	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = nullptr;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}

private:
	DataType* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};
int main()
{
	Stack s1;
	s1.Push(1);
	s1.Push(2);
	s1.Push(3);
	s1.Push(4);
	Stack s2(s1);
	return 0;
}

通过上面的图片，可以看出对象 s1 和对象 s2 的其中一个参数（_array）的地址是一样的，最后多次析构，造成的程序崩溃，这就问题所在。

注意： 类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。

5、拷贝构造函数典型调用场景：

• 使用已存在对象创建新对象
• 函数参数类型为类类型对象
• 函数返回值类型为类类型对象

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
	{
		cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;
	}
	Date(const Date& d)
	{
		cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;
	}
	~Date()
	{
		cout << "~Date():" << this << endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
Date Test(Date d)
{
	Date tmp(d);
	return tmp;
}
int main()
{
	Date d1(2023, 7, 3);
	Test(d1);
	return 0;
}

运行结果：

五、赋值运算符重载

 1、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： 

• 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@;
• 重载操作符必须有一个类类型参数;
• 用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不 能改变其含义;
• 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 ; 
• .*   ::   sizeof   ?:   .   注意以上5个运算符不能重载。

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;
};
int main()
{
	Date d1(2023, 7, 2);
	Date d2(2023, 7, 3);
	cout << (d1 == d2) << endl;
	return 0;
}

 2、值运算符重载

   2.1 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

class Date
{
public:
    Date(int year = 2023, int month = 7, int day = 3)
    {
        _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)
        {
            _year = d._year;
            _month = d._month;
            _day = d._day;
        }
        return *this;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

   2.2 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数

class Date
{
public:
	Date(int year = 2023, int month = 7, int day = 3)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

// 赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数
Date& operator=(Date& left, const Date& right)
{
	if (&left != &right)
	{
		left._year = right._year;
		left._month = right._month;
		left._day = right._day;
	}
	return left;
}

// 编译失败：
// error C2801: “operator =”必须是非静态成员

   原因： 赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现 一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。

   2.3 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝

注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。

class Time
{
public:
	Time()
	{
		_hour = 1;
		_minute = 1;
		_second = 1;
	}
	Time& operator=(const Time& t)
	{
		if (this != &t)
		{
			_hour = t._hour;
			_minute = t._minute;
			_second = t._second;
		}
		return *this;
	}

private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 2023;
	int _month = 7;
	int _day = 3;

	// 自定义类型
	Time _t;
};

int main()
{
	Date d1;
	Date d2;
	d1 = d2;
	return 0;
}

   既然编译器生成的默认赋值运算符重载函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己实现吗？当然像日期类这样的类是没必要的。 

 3、前置++和后置++重载

// 前置++：返回+1之后的结果
// 注意：this指向的对象函数结束后不会销毁，故以引用方式返回提高效率
Date& operator++()
{
	_day += 1;
	return *this;
}

// 后置++：
// 前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++形成能正确重载
// C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递
// 注意：后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存一份，然后给
// this + 1
// 而tmp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用
Date operator++(int)
{
	Date tmp(*this);
	_day += 1;
	return tmp;
}

六、const 成员函数

将 const 修饰的“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。

如下所示：一个 const 成员函数，它实际是修饰的成员函数隐含的 this 指针。

看下面一段代码，可以更好的看出编译器对 const 成员函数的处理。

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	void Print()
	{
		cout << "Print()" << endl;
		cout << "year:" << _year << endl;
		cout << "month:" << _month << endl;
		cout << "day:" << _day << endl << endl;
	}
	void Print() const
	{
		cout << "Print()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

};
int main()
{
	Date d1(2023, 7, 4);
	d1.Print();

	const Date d2(2023, 7, 5);
	d2.Print();
	return 0;
}

运行结果：

七、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 :
    // 取地址
	Date* operator&()
	{
		return this ;
	}
    // const取地址操作符
	const Date* operator&()const
	{
		return this ;
	}
private :
	int _year ; 
	int _month ; 
	int _day ; 
};

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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