[C++]默认成员函数等——喵喵要吃C嘎嘎3

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目录

前言

类的实例化

类对象模型

如何计算类对象的大小

类对象的存储方式猜测

this指针

C语言和C++实现Stack的对比

C语言

C++

类的6个默认成员函数

构造函数

析构函数

拷贝构造函数

赋值运算符重载

const成员函数

取地址及const取地址操作符重载

总结

前言

乌拉，乌拉，今天是个好日子！

喵喵队，冲冲冲！

类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化。

• 类是对对象进行描述的，是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员，定义出一个类并没有分配实际的内存空间来存储它；比如：入学时填写的学生信息表，表格就可以看成是一个类，来描述具体学生信息
• 一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象  占用实际的物理空间，存储类成员变量

	int main()
	{
	Person._age = 100;	// 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”
	return 0;
    }

Person类是没有空间的，只有Person类实例化出的对象才有具体的年龄。

类对象模型

如何计算类对象的大小

	class A
	{
	public:
	void PrintA()
	{
	cout<<_a<<endl;
	}
	private:
	char _a;
	};

类对象的大小取决于类中包含的成员变量和成员函数。成员变量的大小是根据其数据类型确定的，而成员函数的大小则是由编译器决定的。在计算类对象的大小时，还需要考虑内存对齐的问题。通常情况下，编译器会在成员变量之间添加一些填充字节，以保证每个成员变量都位于一个合适的内存地址上，从而提高访问速度。

计算类对象的大小可以使用sizeof运算符。例如，如果有一个名为MyClass的类，可以使用sizeof(MyClass)来计算该类对象的大小。

结构体内存对齐规则

1. 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。

注意：对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。

VS中默认的对齐数为8

     3.结构体总大小为：最大对齐数（所有变量类型最大者与默认对齐参数取最小）的整数倍。

     4.如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

类对象的存储方式猜测

• 对象中包含类的各个成员

缺陷：每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一份函数，如果按照此种方式存储，当一个类创建多个对象时，每个对象中都会保存一份代码，相同代码保存多次，浪费空间。那么如何解决呢？

• 代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址

• 只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

对于上述三种存储方式，那计算机到底是按照那种方式来存储的？

计算机用的是第三种。

this指针

1. this指针的类型：类类型*  const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
2. this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传递，不需要用户传递
3. this指针本质上是“成员函数”的形参，当对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this形参。所以对象中不存储this指针。
4. 只能在“成员函数”的内部使用

作用：

C++编译器给每个“非静态的成员函数“增加了一个隐藏的指针参数，让该指针指向当前对象(函数运行时调用该函数的对象)，在函数体中所有“成员变量”的操作，都是通过该指针去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。（轻松加愉悦）

C语言和C++实现Stack的对比

C语言

可以看到，在用C语言实现时，Stack相关操作函数有以下共性：

• 每个函数的第一个参数都是Stack*
• 函数中必须要对第一个参数检测，因为该参数可能会为NULL
• 函数中都是通过Stack*参数操作栈的
• 调用时必须传递Stack结构体变量的地址

结构体中只能定义存放数据的结构，操作数据的方法不能放在结构体中，即数据和操作数据的方式是分离开的，而且实现上相当复杂一点，涉及到大量指针操作，稍不注意可能就会出错。

C++

C++中通过类可以将数据 以及 操作数据的方法进行完美结合，通过访问权限可以控制那些方法在类外可以被调用，即封装，在使用时就像使用自己的成员一样，更符合人类对一件事物的认知。而且每个方法不需要传递Stack*的参数了，编译器编译之后该参数会自动还原，即C++中 Stack * 参数是编译器维护的，C语言中需用用户自己维护。

类的6个默认成员函数

构造函数

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。

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。

特征：

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。

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。

关于编译器生成的默认成员函数，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没什么用？d对象调用了编译器生成的默认构造函数，但是d对象

_year/_month/_day，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？？

解答：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。

注意：C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值。

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:
// 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;
};

void TestDate()
{
Date d1; // 调用无参构造函数
Date d2(2015, 1, 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
// 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();
}

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，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。

特性：

析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：

1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
2. 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
3. 无参数无返回值类型。

对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。

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。

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。

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;
}

拷贝构造函数

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。

拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：

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。

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。

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。

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。

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。

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

为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用尽量使用引用。

class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// Date(const Date& d)	// 正确写法
Date(const Date& d)	// 错误写法：编译报错，会引发无穷递归
{
_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;
}

 程序运行结束后输出：~Time()

  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？

 因为：main方法中创建了Date对象d，而d中包含4个成员变量，其中_year, _month, _day三个是

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；而_t是Time类对象，所以在d销毁时，要将其内部包含的Time类的_t对象销毁，所以要调用Time类的析构函数。但是：main函数中不能直接调用Time类的析构函数，实际要释放的是Date类对象，所以编译器会调用Date类的析构函数，而Date没有显式提供，则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数，目的是在其内部调用Time类的析构函数，即当Date对象销毁时，要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁 main函数中并没有直接调用Time类析构函数，而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数。

 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

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)

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 ?:   .

// 全局的operator== 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; };

//  这里会发现运算符重载成全局的就需要成员变量是公有的，那么问题来了，封装性如何保证？ //  这里其实可以用我们后面学习的友元解决，或者干脆重载成成员函数。 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; }

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。

const成员函数

​​​​​​​ 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

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。

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。

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。

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。

前置++和后置++重载

日期类的实现

const成员

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。

取地址及const取地址操作符重载

取地址及const取地址操作符重载

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！

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

总结

人生苦短，一天要当两天卷！

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