《C++程序设计》阅读笔记【7-堆和拷贝构造函数】

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  • 1 堆与拷贝构造函数
    • 1.1 概述
    • 1.2 分配堆对象
    • 1.3 拷贝构造函数
      • 1.3.1 默认拷贝构造函数
      • 1.3.2 拷贝构造函数一定要用引用
      • 1.3.3 浅拷贝和深拷贝
    • 1.4 临时对象
    • 1.5 匿名对象
    • 1.6 构造函数用于类型转换
  • 2 总结

1 堆与拷贝构造函数

1.1 概述

全局变量、静态数据、常量及字面量存放在全局数据区，所有类成员函数和非成员函数代码存放在代码区，为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等存放在栈区，余下的空间都被作为堆区。

TIP：常量和字面量的区别：（字面量一定是常量，但是常量不一定是字面量）

  1. 常量（Constants）：

    • 定义： 常量是程序中固定不变的值，一旦被定义和初始化后，在程序的执行过程中不会发生改变。

    • 特点： 常量可以是字面量，也可以是通过程序定义的标识符（例如，使用 const 关键字声明的变量）。

    • 例子：

      const int MAX_SIZE = 100;  // MAX_SIZE 是常量，使用 const 关键字声明

  2. 字面量（Literals）：

    • 定义： 字面量是源代码中的一个表示固定值的符号表达式。它是一个直接出现在程序中的常量值，而不是通过变量或表达式计算得到的值。

    • 特点： 字面量是一种表示常量的方式，可以是整数、浮点数、字符、字符串、布尔值等。

    • 例子：

      int number = 42;       // 整数字面量 42
double pi = 3.14;      // 浮点数字面量 3.14
char letter = 'A';     // 字符字面量 'A'
const char* text = "Hello, World!";  // 字符串字面量 "Hello, World!"
bool isTrue = true;    // 布尔字面量 true

1.2 分配堆对象

malloc的缺陷：

从 C++的立场上看，不能用malloc()函数的一个原因是，它在分配空间的时候不能调用构造函数（仅仅只是开辟了一块开年，事实上并没有创建对象）。类对象的建立是分配空间、构造结构以及初始化的三位一体，它们统一由构造函数来完成。

使用new分配堆对象：

Tdate* pS;
pS = new Tdate;//分配堆空间并构造它
//上面是调用TDate的默认构造函数，
//如果带参数的构造函数：pS = new Tdate(arg1,arg2);delete pS;//先析构，然后将空间返还给堆

不必显式指出从new返回的指针类型，因为new知道要分配对象的类型是Tdate。new会调用构造函数

堆对象析构是在释放堆对象语句delete执行之时。上面的堆对象在执行delete pS;语句时会自动调用其析构函数。

如果没有括号和初始化参数（例如int*i = new int），那么分配的空间的内容是不确定的。如果有参数但是初始化参数是空（例如int *i = new int()），那么分配的空间中的内容会被初始化为0。当然，给了初始化参数自然也会被初始化为参数（例如int* i=new int(10)，那么i的地址中存储的值就是10）。

注意：char* ch = new char[10];并不是指定初始化参数，它只是单纯开辟了一段10大小的空间，其内容依然是不确定的。但是char* ch = new char[2]();这样写，它所有的内容都被初始化为0。也只能这样写，因为new的数组不可以指定具体的参数值。

如果new的是对象类型：如果有初始化参数，以初始化参数中的值为参数调用构造函数进行初始化；如果没有括号和初始化参数或者有括号但初始化参数为空，用默认构造函数初始化

当new一个多维数组时，只有第一个维度可以是变量，剩下的维度都必须是变量，比如int **fp = new char[n][3];

1.3 拷贝构造函数

什么时候用到对象拷贝：

  • 对象作为函数参数进行传递时。

  • 用另外一个对象值去初始化一个新构造的对象。

  • 如果函数的返回值是类的对象，函数执行完成返回主调函数时，将使用return语句中的对象初始化一个临时无名对象，传递给主调函数，此时发生拷贝构造构造。（编译器优化下可能没有）

1.3.1 默认拷贝构造函数

类定义中，如果未提供自己的拷贝构造函数，则 C++提供一个默认拷贝构造函数，就像没有提供构造函数时，C++提供默认构造函数一样。
C++提供的默认拷贝构造函数工作的方法是：所有成员依次拷贝。如果成员是类对象，则调用其拷贝构造函数或者默认拷贝构造函数。

一个例子：

image-20240301134624576

结果：
外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

熟练下面的运行过程：

解释：程序一开始运行，进人主函数，首先构造对象randy,调用Student构造函数，产生第一行信息；对象tutor是通过调用构造函数Tutor(Student&.)来创建的，该构造函数通过调用Student的拷贝构造函数来初始化数据成员Tutor::student，产生第二行信息；在执行Tutor构造函数时，产生第三行信息；接着输出第四行；然后调用fn()，因为以值传递的形式传入了一个tutor对象，需要创建tutor的一个拷贝，因为Tutor 类没有定义拷贝构造函数，所以就调用默认的拷贝构造函数，在拷贝成员student对象时，调用Student拷贝构造函数，结果在名字copy of Randy之前又接上了一个copy of，得到第五行输出；进入fn()函数体中，得到第六行信息；从函数fn()返回时，形参tutor析构，调用的是默认析构函数，也正因此才没有产生任何输出。当析构到成员student（被拷贝的tutor的student成员，因此它实际上被拷贝了两次，也就是copy of copy randy）时，调用Student析构函数，产生第七行输出；接着返回到主函数，输出第八行信息；退出主函数时，先析构tutor对象，会调用其默认的析构函数，并没有任何输出。之后析构Student，调用其析构函数，产生第九行信息；最后析构Randy对象，得到最后一行输出。

1.3.2 拷贝构造函数一定要用引用

下面是一个典型的拷贝构造函数的声明：

class MyClass {
public:// 拷贝构造函数的声明MyClass(const MyClass& other);// 其他成员和函数声明...
};

这里 const MyClass& 表示一个常量引用，这样在拷贝构造函数中，不会修改传入对象的内容。使用引用而不是对象本身作为参数，可以避免无谓的复制，提高效率。

事实上，拷贝构造函数只能通过传入引用的方式。假如不写成引用，而对象只能通过值传递传入函数，所以传进来的对象会被拷贝一次，但是对象的拷贝只能通过拷贝函数来实现，而使用拷贝函数，就得又拷贝一次，然后会这样陷入死循环。

1.3.3 浅拷贝和深拷贝

浅拷贝：只复制对象本身和对象中的基本数据类型成员，而不复制指针所指向的内存。

深拷贝：不仅复制对象本身和基本数据类型成员，还复制指针所指向的内容，创建一个新的内存副本。

浅拷贝存在的问题：
例如下面例子：
外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

程序会输出以下信息后报错：
外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

解释：

程序开始运行时，创建p1对象，p1对象的构造函数从堆中分配空间并赋给数据成员pName，同时，产生第一行输出；执行Person p2=p1;时，因为没有定义拷贝构造函数，于是就调用默认拷贝构造函数，使得p2与p1完全一样，并没有新分配堆空间给 p2。主函数结束时，对象逐个析构，析构p2时，将堆中字符串清成空串，然后将堆空间返还给系统，并同时得到第二行输出；析构p1时，因为这时pName指向的是空串，所以第三行输出中显示的只是Destructing；当执行delete pName;时，由于PName的地址已经被析构为空，系统报错。

正确的拷贝构造函数应该是这样的：
image-20240301141214131

1.4 临时对象

当函数返回一个对象时，要创建一个临时对象以存放返回的对象。

如图：

image-20240301142130455

在这里，系统调用拷贝构造函数将ms拷贝到新创建的临时对象中。

image-20240301142220229

注意：在上面的例子中，当fn()返回时产生的临时对象拷贝给s后，临时对象就被析构。因此，假如我们使用一个引用去接收，例如：

Student &ref = fn();

那么，由于使用引用去接收，所以ref的引用对象其实是临时变量。而这行代码执行后，临时变量就消失，因此ref引用的是一个不存在的对象。会报错。

1.5 匿名对象

下面代码就是创建了一个匿名对象

image-20240301142921637

使用匿名对象：
image-20240301143005769

第二个执行的是用无名对象拷贝构造一个对象s。按照我们的想法，C++先调用构造函数Student(char *);创建一个无名对象，，然后再调用一个拷贝构造函数Student(Student&.);创建对象s。但是，由于是用无名对象去拷贝构造一个对象，拷贝完后，无名对象就失去了任何作用，对于这种情况，C++特别地将其看作与Student s("Jenny");效果一样，而且可以省略创建无名对象这一步。

第三个执行的是无名对象作为实参传递给形参s。C++先调用构造函数创建一个无名对象，然后将该无名对象初始化给了引用形参s对象。由于实参是在主函数中，所以无名对象是在主函数的栈区中创建，函数fn()的形参s引用的是主函数栈空间中的一个对象。这行代码其实等价于：

Studnet s("Danny");
fn(s);

由于这些无名对象都是在主函数中创建的，因此在主函数执行完毕之后，所有无名对象都会被销毁。

1.6 构造函数用于类型转换

直接看例子：

image-20240301144931214

fn函数需要一个Student& s对象，但是调用fn的语句是fn("Jenny")，于是就尝试用字符串"Jenny"去初始化Student对象，发现恰好可以。把构造函数用来从一种类型转换为另一种类型,这是 C++从类机制中获得的附加性能。

注意：

（1）只会尝试含有一个参数的构造函数

（2）如果有二义性,则放弃尝试。

例如：

image-20240301145802735

其实不推荐这种做法，简单了解即可。

2 总结

C++，犹如编程的交响乐， 在代码的海洋中奏响和谐的旋律。

它是创造者的笔，雕刻着无尽可能，

是思想的翅膀，让梦想飞翔的天空。

无拘无束，灵活多变。

C++，是程序员心中的宝藏，永不凋零的花朵。

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