【C++核心】C++中的对象

C++中的对象

  • 一、对象的初始化和清理
    • 1. 构造函数和析构函数
      • 1.1 构造函数简介
      • 1.2 构造函数
      • 1.3 析构函数
      • 1.4 代码样例
      • 1.5 默认实现
    • 2. 构造函数的分类及调用
      • 2.1 构造函数的分类
      • 2.2 构造函数的调用方式
      • 2.3 匿名函数
    • 3. 拷贝构造函数调用时机
    • 4. 构造函数的规则
    • 5. 深拷贝和浅拷贝
    • 6. 初始化列表
  • 二、类的成员
    • 1. 对象作为类的成员
    • 2. 静态成员
      • 2.1 静态成员变量
      • 2.2 静态成员函数
    • 3. this指针详解
      • 3.1 类的成员存储位置
      • 3.2 this指针
        • 3.2.1 this指针介绍
        • 3.2.2 this指针的用途
    • 4. 空指针访问成员函数
      • 4.1 空指针的使用
      • 4.2 个人理解
    • 5. const修饰成员函数
      • 5.1 常函数
      • 5.2 常对象
      • 5.3 示例

一、对象的初始化和清理

生活中我们买的电子产品都基本会有出厂设置，在某一天我们不用时候也会删除一些自己信息数据保证安全。C++中的面向对象来源于生活，每个对象也都会有初始设置以及对象销毁前的清理数据的设置。

1. 构造函数和析构函数

1.1 构造函数简介

对象的初始化和清理也是两个非常重要的安全问题​。一个对象或者变量没有初始状态，对其使用后果是未知；同样的，使用完一个对象或变量，没有及时清理，也会造成一定的安全问题。c++利用了构造函数和析构函数解决上述问题，这两个函数将会被编译器自动调用，完成对象初始化和清理工作。

1.2 构造函数

  1. 构造函数：主要作用在于创建对象时为对象的成员属性赋值，构造函数由编译器自动调用，无须手动调用。
  2. 构造函数语法：构造函数，没有返回值也不写void，函数名称与类名相同。构造函数可以有参数，因此可以发生重载。
     类名(){}
  3. 程序在调用对象时候会自动调用构造，无须手动调用，而且只会调用一次

1.3 析构函数

  1. 析构函数：主要作用在于对象销毁前系统自动调用，执行一些清理工作。
  2. 析构函数语法：析构函数，没有返回值也不写void，函数名称与类名相同,在名称前加上符号~。析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载。
    ~类名(){}
  3. 程序在对象销毁前会自动调用析构，无须手动调用,而且只会调用一次

1.4 代码样例

class Person
{
public://构造函数Person() { cout << "Person的构造函数调用" << endl;} //析构函数~Person() {cout << "Person的析构函数调用" << endl;}
};void test01()
{ Person p; 
}int main() 
{test01();system("pause");return 0;
}

1.5 默认实现

对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情，因此如果我们不提供构造和析构，编译器会提供。编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。

2. 构造函数的分类及调用

2.1 构造函数的分类

  1. 按参数分为： 有参构造和无参构造
  2. ​按类型分为： 普通构造和拷贝构造
//1、构造函数分类 
// 按照参数分类分为：有参和无参构造 无参又称为默认构造函数 
// 按照类型分类分为：普通构造和拷贝构造
class Person 
{
public: //无参（默认）构造函数 Person() { cout << "无参构造函数!" << endl; } //有参构造函数 Person(int a) { age = a; cout << "有参构造函数!" << endl;} //拷贝构造函数 Person(const Person& p) { age = p.age; cout << "拷贝构造函数!" << endl; } //析构函数 ~Person() { cout << "析构函数!" << endl; } 
public: int age; 
}

2.2 构造函数的调用方式

  1. 括号法：直接利用括号实现调用，注意调用无参构造函数不能加括号，如果加了编译器认为这是一个函数声明
    Person p();
Person p1(10);
//如下编译器会认为这个是一个返回值是Person类型、名称为p2的函数
//Person p2();
  2. 显示法
    Person p2 = Person(10); 
Person p3 = Person(p2);
  3. 隐式转换法
    Person p4 = 10; // Person p4 = Person(10); 
Person p5 = p4; // Person p5 = Person(p4);

2.3 匿名函数

当利用显示法进行调用时，不书写左值，单独写显示法调用，生成的就是匿名对象。匿名对象的当前行结束之后，会马上析构。注意，不能利用拷贝构造函数初始化匿名对象，编译器会自动把括号去掉，认为是对象声明。

//匿名函数
Person(10)
//Person(p3)，编译器会转换为Person p3，此时，编译器只会认为声明了一个类型是Person，名字为p3的对象

3. 拷贝构造函数调用时机

C++中拷贝构造函数调用通常有三种情况：

class Person 
{ 
public: Person() { cout << "无参构造函数!" << endl; mAge = 0; } Person(int age) { cout << "有参构造函数!" << endl; mAge = age; } Person(const Person& p) { cout << "拷贝构造函数!" << endl; mAge = p.mAge; } //析构函数在释放内存之前调用 ~Person() { cout << "析构函数!" << endl; } 
public: int mAge; 
}
  1. 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
    void test01() {	Person man(100); //p对象已经创建完毕Person newman(man); //调用拷贝构造函数Person newman2 = man; //拷贝构造（构造器的隐式转换法）//Person newman3;//已经调用无参构造器创建了一个Person对象//newman3 = man; //不是调用拷贝构造函数，就是单纯的赋值操作，newman3的对象和man是一样的
}
  2. 值传递的方式给函数参数传值
    //相当于Person p1 = p;
void doWork(Person p1) {}
void test02() {Person p; //无参构造函数doWork(p);
}
  3. 以值方式返回局部对象
    Person doWork2()
{Person p1;cout << (int *)&p1 << endl;return p1;
}void test03()
{Person p = doWork2();cout << (int *)&p << endl;
}

4. 构造函数的规则

默认情况下，c++编译器至少给一个类添加3个函数

  1. 默认构造函数(无参，函数体为空)
  2. 默认析构函数(无参，函数体为空)
  3. 默认拷贝构造函数，对属性进行值拷贝

如果用户定义有参构造函数，C++不在提供默认无参构造，但是会提供默认拷贝构造。如果用户定义拷贝构造函数，C++不会再提供其他构造函数。

class Person {
public://无参（默认）构造函数Person() {cout << "无参构造函数!" << endl;}//有参构造函数Person(int a) {age = a;cout << "有参构造函数!" << endl;}//拷贝构造函数Person(const Person& p) {age = p.age;cout << "拷贝构造函数!" << endl;}//析构函数~Person() {cout << "析构函数!" << endl;}
public:int age;
};void test01()
{Person p1(18);//如果不写拷贝构造，编译器会自动添加拷贝构造，并且做浅拷贝操作Person p2(p1);cout << "p2的年龄为： " << p2.age << endl;
}void test02()
{//如果用户提供有参构造，编译器不会提供默认构造，会提供拷贝构造Person p1; //此时如果用户自己没有提供默认构造，会出错Person p2(10); //用户提供的有参Person p3(p2); //此时如果用户没有提供拷贝构造，编译器会提供//如果用户提供拷贝构造，编译器不会提供其他构造函数Person p4; //此时如果用户自己没有提供默认构造，会出错Person p5(10); //此时如果用户自己没有提供有参，会出错Person p6(p5); //用户自己提供拷贝构造
}

5. 深拷贝和浅拷贝

  1. 浅拷贝：简单的赋值拷贝操作
  2. 深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作
  3. 如果对象的某个成员变量为指向了堆区的某个空间的指针，此时浅拷贝操作只会拷贝空间的地址给新对象，而深拷贝则会在堆区创建一个相同的数据并将指向该空间的地址给新对象。
class Person {
public://无参（默认）构造函数Person() {cout << "无参构造函数!" << endl;}//有参构造函数Person(int age ,int height) {cout << "有参构造函数!" << endl;m_age = age;m_height = new int(height);}//拷贝构造函数  Person(const Person& p) {cout << "拷贝构造函数!" << endl;//如果不利用深拷贝在堆区创建新内存，会导致浅拷贝带来的重复释放堆区问题m_age = p.m_age;m_height = new int(*p.m_height);}//析构函数~Person() {cout << "析构函数!" << endl;if (m_height != NULL){delete m_height;}}
public:int m_age;int* m_height;
};void test01()
{Person p1(18, 180);Person p2(p1);cout << "p1的年龄： " << p1.m_age << " 身高： " << *p1.m_height << endl;cout << "p2的年龄： " << p2.m_age << " 身高： " << *p2.m_height << endl;
}

如果属性有在堆区开辟的，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题

6. 初始化列表

C++提供了初始化列表语法，用来初始化属性，语法如下：

构造函数()：属性1(值1),属性2（值2）... {}

距离：

class Person {
public:传统方式初始化//Person(int a, int b, int c) {//	m_A = a;//	m_B = b;//	m_C = c;//}//初始化列表方式初始化Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}void PrintPerson() {cout << "mA:" << m_A << endl;cout << "mB:" << m_B << endl;cout << "mC:" << m_C << endl;}
private:int m_A;int m_B;int m_C;
};int main() {Person p(1, 2, 3);p.PrintPerson();system("pause");return 0;
}

二、类的成员

1. 对象作为类的成员

C++类中的成员可以是另一个类的对象，我们称该成员为对象成员，如下即为B类中有对象A作为成员，A为对象成员：

class A {}
class B
{A a；
}

当创建B对象时，A比B先进行构造，即先调用对象成员的构造，再调用本类构造；当进行清理时，B比A先进行析构，即先调用本类的析构，再调用对象成员的析构。

class Phone
{
public:Phone(string name){m_PhoneName = name;cout << "Phone构造" << endl;}~Phone(){cout << "Phone析构" << endl;}string m_PhoneName;};class Person
{
public://初始化列表可以告诉编译器调用哪一个构造函数Person(string name, string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName){cout << "Person构造" << endl;}~Person(){cout << "Person析构" << endl;}void playGame(){cout << m_Name << " 使用" << m_Phone.m_PhoneName << " 牌手机! " << endl;}string m_Name;Phone m_Phone;};
void test01()
{//当类中成员是其他类对象时，我们称该成员为 对象成员//构造的顺序是 ：先调用对象成员的构造，再调用本类构造//析构顺序与构造相反Person p("张三" , "苹果X");p.playGame();}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

2. 静态成员

静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称为静态成员静态成员分为静态成员变量和静态成员函数。

2.1 静态成员变量

对于静态成员变量，所有对象共享同一份数据，在编译阶段分配内存，且必须在类内声明，类外初始化。此外，静态成员变量也是有访问权限的。

静态成员变量有两种访问方式：通过对象例来访问和通过类名来访问。

class Person
{public:static int m_A; //静态成员变量//静态成员变量特点：//1 在编译阶段分配内存//2 类内声明，类外初始化//3 所有对象共享同一份数据private://静态成员变量也是有访问权限的//类内声明static int m_B; 
};
//类外初始化
int Person::m_A = 10;
int Person::m_B = 10;void test01()
{//静态成员变量两种访问方式//1、通过对象Person p1;p1.m_A = 100;cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl;Person p2;p2.m_A = 200;cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl; //共享同一份数据cout << "p2.m_A = " << p2.m_A << endl;//2、通过类名cout << "m_A = " << Person::m_A << endl;//cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; //私有权限访问不到
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

2.2 静态成员函数

对于静态成员函数，所有对象共享同一个函数，静态成员函数只能访问静态成员变量。此外，静态成员函数也是有访问权限的。

静态成员函数有两种访问方式：通过对象例来访问和通过类名来访问。

class Person
{public://静态成员函数特点：//1 程序共享一个函数//2 静态成员函数只能访问静态成员变量static void func(){cout << "func调用" << endl;m_A = 100;//m_B = 100; //错误，不可以访问非静态成员变量，无法区分到底是哪个对象的成员变量}static int m_A; //静态成员变量int m_B; // 
private://静态成员函数也是有访问权限的static void func2(){cout << "func2调用" << endl;}
};
int Person::m_A = 10;void test01()
{//静态成员变量两种访问方式//1、通过对象Person p1;p1.func();//2、通过类名Person::func();//Person::func2(); //私有权限访问不到
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

3. this指针详解

3.1 类的成员存储位置

  1. 在C++中，类内的成员变量和成员函数分开存储。
  2. 只有非静态成员变量才在对象上，类的静态成员变量、类的静态成员函数、类的非静态成员函数都不在对象上，都只有一份。
class Person {
public:Person() {mA = 0;}//非静态成员变量占对象空间int mA;//静态成员变量不占对象空间static int mB; //函数也不占对象空间，所有函数共享一个函数实例void func() {cout << "mA:" << this->mA << endl;}//静态成员函数也不占对象空间static void sfunc() {}
};int main() {cout << sizeof(Person) << endl;system("pause");return 0;
}

3.2 this指针

3.2.1 this指针介绍

C++中每一个非静态成员函数只会诞生一份函数实例，也就是说多个同类型的对象会共用一块代码，那么这一块代码是如何区分那个对象调用自己的呢？C++通过提供特殊的对象指针【this指针】，解决上述问题。this指针指向被调用的【成员函数】所属的对象。

this指针是隐含每一个非静态成员函数内的一种指针；它不需要定义，直接使用即可，实际上在非静态成员函数的参数列表里，编译器为我们自动加上了this指针。

3.2.2 this指针的用途
  1. 形参和成员变量同名时，可用this指针来区分
  2. 在类的非静态成员函数中返回对象本身，可使用return *this
  3. 通常情况下，C++的函数中调用到的成员变量都会默认加上this指针
class Person
{
public:Person(int age){//1、当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分this->age = age;}Person& PersonAddPerson(Person p){this->age += p.age;//返回对象本身return *this;}int age;
};void test01()
{Person p1(10);cout << "p1.age = " << p1.age << endl;Person p2(10);p2.PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1);cout << "p2.age = " << p2.age << endl;
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

4. 空指针访问成员函数

4.1 空指针的使用

C++中空指针也是可以调用成员函数的，但是也要注意有没有用到this指针。如果用到this指针，需要加以判断保证代码的健壮性。

//空指针访问成员函数
class Person {
public:void ShowClassName() {cout << "我是Person类!" << endl;}void ShowPerson() {if (this == NULL) {return;}cout << mAge << endl;}public:int mAge;
};void test01()
{Person * p = NULL;p->ShowClassName(); //空指针，可以调用成员函数p->ShowPerson();  //但是如果成员函数中用到了this指针，就不可以了
}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

4.2 个人理解

class Person 
{
public:int* content;string name;static int num;
public:Person() {name = "nihao";}Person(int* c_content, string n_name) {content = c_content;name = n_name;}Person(const Person& p) {content = new int(*p.content);name = p.name;cout << "Person类的拷贝构造器调用" << endl;}~Person() {}public:void print_name() {cout << name << endl;}void print1() {cout << 1 << endl;}void print2() {this->print1();}
};int Person::num = 10;int main()
{int* point = new int(5);string name = "hello";Person p(point, name);p.print_name();Person* pnull = NULL;//属性不允许，会报错//pnull->print_name();//方法允许，可运行pnull->print2();cin.get();
}

当利用空指针进行成员函数的调用时发现：

  1. 如果该函数内部调用了this->成员变量（this编译器会默认加上），会报错无法运行。
  2. 如果该函数内部显式调用了this->其他成员函数，则可以正常运行

个人理解：this指向的是调用该成员函数的对象，对象是空指针。成员变量存在于对象上，所以无法访问成员变量，出错；函数存在于对象之外，所以可以访问，正常运行

5. const修饰成员函数

5.1 常函数

成员函数后加const后我们称为这个函数为常函数；函数内不可以修改成员属性；但是，如果成员属性声明时加关键字mutable后，在常函数中依然可以修改该成员属性。

实际上，这跟this指针有关，this指针的本质是一个指向常量的指针，指针的指向不可修改如果想让指针指向的值也不可以修改，需要声明常函数，表明此时的指针式一个指向常量的指针常量。此时，指针的声明从Person* const this变为了const Person* const this

5.2 常对象

声明对象前加const称该对象为常对象；常对象只能调用常函数。

5.3 示例

class Person 
{
public:Person() {m_A = 0;m_B = 0;}//this指针的本质是一个指针常量，指针的指向不可修改//如果想让指针指向的值也不可以修改，需要声明常函数void ShowPerson() const {//const Type* const pointer;//this = NULL; //不能修改指针的指向 Person* const this;//this->mA = 100; //但是this指针指向的对象的数据是可以修改的//const修饰成员函数，表示指针指向的内存空间的数据不能修改，除了mutable修饰的变量this->m_B = 100;}void MyFunc() {mA = 10000;}public:int m_A;mutable int m_B; //可修改 可变的
};//const修饰对象  常对象
void test01() {const Person person; //常量对象  cout << person.m_A << endl;//person.mA = 100; //常对象不能修改成员变量的值,但是可以访问person.m_B = 100; //但是常对象可以修改mutable修饰成员变量//常对象访问成员函数person.MyFunc(); //常对象不能调用非const的函数，因为非const的函数可以修改成员变量}int main() {test01();system("pause");return 0;
}

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