【C++那些事儿】类与对象(3)

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Hello,米娜桑们,这里是君兮_,我之前看过一套书叫做《明朝那些事儿》,把本来枯燥的历史讲的生动有趣。而C++作为一门接近底层的语言,无疑是抽象且难度颇深的。我希望能努力把抽象繁多的知识讲的生动又通俗易懂,因此,咱们这个讲解C++的系列博客就叫做《C++那些事儿》啦,有了之前的知识,今天我们来真正走进C++的核心知识部分——类与对象(3)

  • 好了废话不多说,开始我们今天的学习吧!!

    C++那些事儿

    • 一.拷贝构造函数
      • 2 特征
      • 3 拷贝构造函数典型调用场景:
    • 二 赋值运算符重载
      • 1 运算符重载
      • 2 赋值运算符重载
      • 3 前置++和后置++重载
      • 4 取地址及const取地址操作符重载
    • 总结

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  • 上回我们把构造函数和析构函数讲完了,今天我们就从拷贝构造开始讲起吧!

一.拷贝构造函数

  • 概念:在现实生活中,可能存在一个与你一样的自己,我们称其为双胞胎
    那在创建对象时,可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢?
    拷贝构造函数就是来解决这种问题的
  • 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

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
  • 以一个日期Date类,我们来分析一下上述问题
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// Date(const Date d) // 错误写法:编译报错,会引发无穷递归
Date(const Date& d) //正确写法
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2(d1);//拷贝构造
return 0;
}
  • 先来分析一下为什么这里必须使用类类型对象作为引用
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  • 如果不使用,编译器就会直接报错,那么底部逻辑是什么呢?
Date d2(d1);
  • 当我们想用一个类对象来定义另一个类对象时,就会调用拷贝构造函数
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此时就会发生图中的这种情况,我把d1作为参数传给拷贝构造函数了,那么就需要调用拷贝构造函数创造这个作为参数的类对象 d,如果要生成这个作为参数的类对象 d,就要再次调用拷贝构造,无限递归下去,这样当然就无法达成我们的目的了。

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。

  • 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。
  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,那么我们还需要自己显式实现吗?
  • 为了研究这个问题,我们来看看下面这个类栈
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;
} 

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  • 当我们运行上面这段代码时,程序会直接崩溃,这是为什么呢?

  • 注意:

  • 1.这里我们并没有显示的实现拷贝构造函数,但是我们却使用了s1来拷贝s2。此时我们上面说了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,可是我们的这个栈类中,是需要通过malloc动态开辟空间的,此时s1和s2都指向了同一块内存空间。当程序退出时,s2和s1要销毁。s2先销毁,s2销毁时调用析构函数,已经将内存空间释放了,但是s1并不知道,到s1销毁时,会将内存空间再释放一次,一块内存空间多次释放,肯定会造成程序崩溃

  • 2.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。


3 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 minute, 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;
};
//做函数调用时的参数和返回值
Date Test(Date d)
{
Date temp(d);
return temp;
}
int main()
{
//用一个类定义另一个类
Date d1(2022,1,13);
Test(d1);
return 0;
}

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  • `为了提高程序效率,一般对象传参时,由于使用引用对象不会生成这么多临时对象,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。

二 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。
  • 为了节省不必要的篇幅,接下来我们就只写运算符重载后的函数了,注意这些函数没有特别说明都是在类里定义的哦·!
// bool operator==(Date* this, const Date& d2)
// 这里需要注意的是,左操作数是this,指向调用函数的对象
bool operator==(const Date& d2)
{
return _year == d2._year;
&& _month == d2._month
&& _day == d2._day;
}
  • 当然,除了在类里定义,我们也能在全局定义
/ 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,或者干脆像上面一样重载成成员函数。
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
return d1._year == d2._year
&& d1._month == d2._month
&& d1._day == d2._day;
}

2 赋值运算符重载

  • . 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& operator=(const Date& d)
{
if(this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}

注意: 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

  • 很多人可能会想到下面这种写法
// 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;
}
  • 结果,我们直接在编译这一步就失败了,这又是什么原因引起的呢?
    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。
  • 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
  • 这里与拷贝构造那里同理:如果类中未涉及到资源管理,赋值运算符是否实现都可以;一旦涉及到资源管理则必须要实现

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;
}
  • 此时可能有人会问了,++是一样的,那么我们在重载时该怎么区分是前置++还是后置++呢?
  • 为了解决这个问题,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
// 后置++:// 而temp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 temp(*this);
_day += 1;
return temp;
}

4 取地址及const取地址操作符重载

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。

总结

  • 好啦,我们今天的内容就先到这里啦!这里可以说是类和对象里的精华内容了,希望大家下来后好好理解,之后我会带大家把我们在类和对象中讲解的这个日期Date完完整整的实现一遍的,这样我相信会更加加深大家对类和对象这部分内容的理解。
  • 有任何的问题和对文章内容的疑惑欢迎在评论区中提出,当然也可以私信我,我会在第一时间回复的!!

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