C++——类和对象（2）

一、类的默认成员函数

二、构造函数

（1）定义

（2）特点

三、析构函数

（1）定义

（2）特点

四、拷贝构造函数

（1）定义

（2）特点

五、写在最后

一、类的默认成员函数

默认成员函数就是用户没有显式实现，编译器自动生成的成员函数称为默认成员函数。

⼀个类，我们不写的情况下编译器会默认生成以下6个默认成员函数，需要注意的是这6个中最重要的是前4个，最后两个取地址重载不重要，我们稍微了解一下即可。

其次就是C++11以后还会增加两个默认成员函数，移动构造和移动赋值，这个我们后面会讲解。

默认成员函数很重要，也比较复杂，我们要从两个方面去学习：

• 第⼀：我们不写时，编译器默认生成的函数行为是什么，是否满足我们的需求?

• 第⼆：当编译器默认生成的函数不满足我们的需求时，我们需要自己实现，那么如何自己实现？

二、构造函数

（1）定义

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(我们常使用的局部对象在栈帧创建时，空间就开好了)，而是对象实例化时初始化对象。

构造函数的本质是要替代我们以前在Stack和Date类中写的Init函数的功能，构造函数自动调用的特点就完美的替代的了Init。

（2）特点

①函数名与类名相同；

②无返回值。(返回值不需要给，也不需要写void，C++规定如此)；

③对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数；

④构造函数可以重载。

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。

⑥无参构造函数、全缺省构造函数、我们不写构造时编译器默认生成的构造函数，都叫做默认构造函数。

但是这三个函数有且只有⼀个存在，不能同时存在。

无参构造函数和全缺省构造函数虽然构成函数重载，但是调用时会存在歧义。

总结一下就是不传实参就可以调用的构造就叫默认构造。

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public:// 1.⽆参构造函数 Date(){_year = 1;_month = 1;_day = 1;}// 2.带参构造函数 Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}// 3.全缺省构造函数 Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}//打印日期void Print(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;    }private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{// 如果留下三个构造中的第⼆个带参构造，第⼀个和第三个注释掉 // 否则编译报错：error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可⽤ Date d1; // 调⽤默认构造函数 Date d2(2025, 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// 否则编译器⽆法区分这⾥是函数声明还是实例化对象 // 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();d1.Print();d2.Print();return 0;
}

⑦我们不写，编译器默认生成的构造，对内置类型成员变量的初始化没有要求，也就是说是是否初始化是不确定的，看编译器。

对于自定义类型成员变量，要求调用这个成员变量的默认构造函数初始化。如果这个成员变量没有默认构造函数，那么就会报错，因此我们要想初始化这个成员变量，需要用初始化列表才能解决，初始化列表，我们下个章节会细细讲解。

（一般情况下，我们都要自己写构造函数，在少数情况下可以用默认生成的构造函数，比如MyQueue）；

⑧说明：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原生数据类型，如：int/char/double/指针等；自定义类型是我们使用class/struct等关键字自己定义的类型。

比如：MyQueue可以用默认生成的构造函数：

// 两个Stack实现队列 
class MyQueue
{
public://编译器默认⽣成MyQueue的构造函数调⽤了Stack的构造，完成了两个成员的初始化 
private:Stack pushst;Stack popst;
};int main()
{MyQueue mq;return 0;
}

三、析构函数

（1）定义

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。

比如局部对象是存在栈帧的，函数结束后栈帧就销毁，它就释放了，不需要我们管。

而C++规定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释放工作。

析构函数的功能类比我们之前Stack实现的Destroy功能，但像Date这样的类没有 Destroy，其实就是没有资源需要释放，所以严格说Date是不需要析构函数的。

（2）特点

①析构函数名是在类名前加上字符 ~ ；

②无参数无返回值。(这里跟构造类似，也不需要加void)；

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；

④对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数。

⑤跟构造函数类似，我们不写编译器自动生成的析构函数对内置类型成员不做处理，自定类型成员会调用它的析构函数。

⑥我们显示写了析构函数，自定义类型成员也会调用它的析构，也就是说自定义类型成员无论什么情况都会自动调用析构函数。

⑦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，如Date；

如果默认生成的析构可以用，也不需要显示写析构，如MyQueue；

// 两个Stack实现队列 
class MyQueue
{
public://编译器默认⽣成MyQueue的析构函数调⽤了Stack的析构，释放的Stack内部的资源 //显示写的析构，也会⾃动调⽤Stack的析构 //~MyQueue()//{}private:Stack pushst;Stack popst;
};

但是有资源申请时，⼀定要自己写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。

#include<iostream>
using namespace std;typedef int STDataType;
class Stack
{
public:Stack(int n = 4){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (nullptr == _a){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = n;_top = 0;}//需要自己写析构函数~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;free(_a);_a = nullptr;_top = _capacity = 0;}private:STDataType* _a;size_t _capacity;size_t _top;
};

因此，一般情况下，显示申请了资源才需要实现析构函数，其他情况下基本不需要写。

⑧对于⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。（有点类似栈的后进先出）。

对比⼀下用C++和C实现的Stack解决之前的括号匹配问题isValid，我们发现有了构造函数和析构函数确实方便了很多，不会再忘记调用Init和Destory函数了，也方便了不少。

C版本：

bool isValid(const char* s) 
{ST st;STInit(&st);while (*s){// 左括号⼊栈 if (*s == '(' || *s == '[' || *s == '{'){STPush(&st, *s);}else // 右括号取栈顶左括号尝试匹配 {if (STEmpty(&st)){STDestroy(&st);return false;}char top = STTop(&st);STPop(&st);// 不匹配 if ((top == '(' && *s != ')')||(top == '{' && *s != '}') || (top == '[' && *s != ']')){STDestroy(&st);return false;}}++s;}// 栈不为空，说明左括号⽐右括号多，数量不匹配 bool ret = STEmpty(&st);STDestroy(&st);return ret;
}int main()
{cout << isValid("[()][]") << endl;cout << isValid("[(])[]") << endl;return 0;
}

C++版本：

bool isValid(const char* s) 
{Stack st;while (*s){if (*s == '[' || *s == '(' || *s == '{'){st.Push(*s);}else{// 右括号⽐左括号多，数量匹配问题 if (st.Empty()){return false;}// 栈⾥⾯取左括号 char top = st.Top();st.Pop();    // 顺序不匹配 if ((*s == ']' && top != '[')|| (*s == '}' && top != '{')|| (*s == ')' && top != '(')){return false;}}++s;}// 栈为空，返回真，说明数量都匹配 左括号多，右括号少匹配问题 return st.Empty();
}

四、拷贝构造函数

（1）定义

如果⼀个构造函数的第⼀个参数是自身类类型的引用，且任何额外的参数都有默认值，则此构造函数也叫做拷贝构造函数，也就是说拷贝构造是⼀个特殊的构造函数。

（2）特点

①拷贝构造函数是构造函数的⼀个重载；

②拷贝构造函数的第⼀个参数必须是类类型对象的引用，使用传值方式时编译器会直接报错，因为在语法逻辑上会引发无穷递归调用。

拷贝构造函数也可以有多个参数，但是第⼀个参数必须是类类型对象的引用，后面的参数必须有缺省值。

③C++规定自定义类型对象进行拷贝的行为必须调用拷贝构造，所以这里自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造完成。

④若未显式定义拷贝构造，编译器会自动生成拷贝构造函数。

自动生成的拷贝构造对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷贝)；

对自定义类型成员变量会调用它的拷贝构造。

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public://拷贝构造函数Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}// 编译报错：error C2652: “Date”: ⾮法的复制构造函数: 第⼀个参数不应是“Date” //Date(Date d)Date(const Date& d)//为什么使用const？因为权限不能放大，但可以缩小 {_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}//不想用引用，指针也可以//相比来说，引用更方便Date(Date* d){_year = d->_year;_month = d->_month;_day = d->_day;}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{//两种使用方法，相比来说第二种更方便易懂//Date d2(d1);//Date d2 = d1;return 0;
}

⑤1.像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源，编译器自动生成的拷贝构造就可以完成需要的拷贝，所以我们不需要显示实现拷贝构造。

2.像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是数组_a指向了资源，编译器自动生成的的拷贝构造所完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，因此需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。

#include<iostream>
using namespace std;typedef int STDataType;
class Stack
{
public://构造函数Stack(int n = 4){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (nullptr == _a){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = n;_top = 0;}//拷贝构造函数Stack(const Stack& st){// 需要对_a指向资源创建同样⼤的资源再拷⻉值     _a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);if (nullptr == _a){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);_top = st._top;_capacity = st._capacity;}void Push(STDataType x){if (_top == _capacity){int newcapacity = _capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity * 
sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}_a = tmp;_capacity = newcapacity;}_a[_top++] = x;}//析构函数~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;free(_a);_a = nullptr;_top = _capacity = 0;}private:STDataType* _a;size_t _capacity;size_t _top;
};

3.像MyQueue这样的类型内部主要是自定义类型 Stack成员，编译器自动生成的拷贝构造会调用Stack的拷贝构造，也不需要我们显示实现 MyQueue的拷贝构造。

// 两个Stack实现队列 
class MyQueue
{
public:private:Stack pushst;Stack popst;
};int main()
{Stack st1;st1.Push(1);st1.Push(2);// Stack不显示实现拷⻉构造，⽤⾃动⽣成的拷⻉构造完成浅拷⻉ // 会导致st1和st2⾥⾯的_a指针指向同⼀块资源，析构时会析构两次，程序崩溃 Stack st2 = st1;MyQueue mq1;// MyQueue⾃动⽣成的拷⻉构造，会⾃动调⽤Stack拷⻉构造完成pushst/popst // 的拷⻉，只要Stack拷⻉构造⾃⼰实现了深拷⻉，他就没问题 MyQueue mq2 = mq1;return 0;
}

这里有⼀个小技巧，如果⼀个类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写拷贝构造，否则就不需要。

⑥传值返回会产生⼀个临时对象调用拷贝构造；传引用返回，返回的是返回对象的别名(引用)，没有产生拷贝。

但是如果返回对象是⼀个当前函数局部域的局部对象，在函数结束就被销毁了，那么这时使用引用返回是有问题的，这时的引用相当于⼀个野引用，类似⼀个野指针⼀样。

传引用返回可以减少拷贝，但是⼀定要确保返回对象在当前函数结束后还在，才能用引用返回。

比如说在前面加上Static，让其保存在静态区，出了作用域也不会被销毁。

void Func1(Date d)
{cout << &d << endl;d.Print();
}// Date Func2()   //传值返回
Date& Func2()     //传引用返回
{Date tmp(2024, 7, 5);tmp.Print();return tmp;
}int main()
{Date d1(2024, 7, 5);// C++规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造// 所以这⾥ 传值传参 要调⽤拷⻉构造 // 因此这⾥的d1传值传参给d要调⽤拷⻉构造完成拷⻉，传引⽤传参可以较少这⾥的拷⻉ Func1(d1);cout << &d1 << endl;  // 这⾥可以完成拷⻉，但是不是拷⻉构造，只是⼀个普通的构造 Date d2(&d1);d1.Print();d2.Print();//这样写才是拷⻉构造，通过同类型的对象初始化构造，⽽不是指针     Date d3(d1);d2.Print();// 也可以这样写，这⾥也是拷⻉构造Date d4 = d1;d2.Print();// Func2返回了⼀个局部对象tmp的引⽤作为返回值 // Func2函数结束，tmp对象就销毁了，相当于了⼀个野引⽤ Date ret = Func2();ret.Print();return 0;
}