深入理解C++类和对象（中）

Posted 2021-05-28 　落禅

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了深入理解C++类和对象（中）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

深入理解C++类和对象（中）

如果一个类里面什么也不写，那么它里面真的什么都没有吗？

答案是否定的，如果一个类是空类，那么编译器会为我们提供6个默认成员函数，分别为构造函数，析构函数拷贝构造函数，赋值用算符重载函数，&操作符重载，const修饰的取地址操作符重载，那么接下来本片文章将带你来理解这6个默认成员函数

1.构造函数

构造函数是一个特殊的成员函数，类名与函数名相同，主要完成对对象的初始化

特点：

1.函数名与类名相同

2.没有返回值，也不写void

3.对象实例化时编译器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默认的构造函数，一旦用户显式定义了编译器就不会自动生成

include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	//1.编译器提供的默认构造函数，什么都不做
	Person()
	{
        
	}
//2.带参数的默认构造函数
	Person(string name,int age )
	{
		this->_name = name;
		this->_age = age;
	}
	void Print()
	{
		cout << "姓名：" << this->_name << "  " << "年龄：" << this->_age << endl;
	}
private:
	string _name;
	int _age;
};
int main()
{
	Person P1("小王",16);
	P1.Print();
    Person P2;
    P2.Print;
	system("pause");
	return 0;
}

如上所示，P1调用的即为我们写的构造函数，它能够对对象进行初始化，结果如下

在这里插入图片描述

当我们调用默认的构造函数时，结果如下：

在这里插入图片描述

编译器提供的默认构造函数里面什么都没有，注意调用默认构造函数时写成：P2,不要写成P2(),编译器会将P2()当成函数的声明

当然关于构造函数的书写，我们更加推荐下面这种写法：写成缺省函数，这样在我们为其赋值时就会方便很多

//3.全缺省的默认构造函数
Person(string name = "小王", int age = 16)
{
	this->_name = name;
	this->_age = age;
}

Ps: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，标签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，都可以认为是默认成员函数

2.析构函数

在对象销毁时自动调用析构函数，完成对类的一些资源的清理工作

特点：

1.析构函数名是在类名前面加上字符~

2.无参数，没有返回值，不写void

3.一个类有且只有一个析构函数，系统会自动生成默认的析构函数

4.对象生命周期结束时，C++编译系统自动调用析构函数

5.如果有成员变量是在堆区创建出来的，我们要在析构函数中手动释放

例如：

//默认构造函数

~Person()
{

}

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	Person(string name = "小王", int age = 16)
	{
		this->_name = name;
		this->_age = age;
	}
	void Print()
	{
		cout << "姓名：" << this->_name << "  " << "年龄：" << this->_age << endl;
	}
	~Person()
	{
		cout << "person析构函数的调用" << endl;
	}
private:
	string _name;
	int _age;
};
int main()
{
	Person P2("小王",16);
	P2.Print();
	system("pause");
	return 0;
}

效果如下：

在这里插入图片描述

在这种在栈上定义的变量析构函数可能没什么用，但是要是该对象中有变量在堆区被malloc/new出来，很多人会忘记最后在函数结束时free/delete，这就造成了内存泄漏问题，但是有了析构函数，我们就可以将free或者delete函数写到析构函数中去，然后在程序结束的时候编译器会自动free/delete掉这块空间，就会很方便

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	Person()
	{
		arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 1);
	}
	~Person()
	{
		

	free(arr);
	cout << "Person的析构函数的调用" << endl;

}
int* arr;

};
int main()
{
	Person p;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

如上所示我们在堆区开辟成员变量，到结束时析构函数自动释放

3.拷贝构造函数

完成对一个对象的拷贝，例如：

//系统提供的拷贝构造函数
#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	Person(int a)
	{
		this->_a = a;
	}
	void Printf()
	{
		cout << "_a=" << this->_a << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	Person P1(10);
	P1.Printf();
	Person P2(P1);
	P2.Printf();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

如上所示，我们定义了一个person类，创建了P1，P2两个对象，并将P1->_a初始化为10，然后我们写了P2(P1),然后打印P2->_a发现也变成了10，这其实是调用了拷贝构造函数，下面我们先来了解一下什么是拷贝构造函数：

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有且只有一个必须使用引用传参，使用传值方式会引发无穷递归调用

3.若显示定义，系统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字节序完成拷贝，这种拷贝我们称为浅拷贝，或者值拷贝

4.编译器提供的构造函数是按照字节序进行拷贝的，因此又叫做值拷贝或者浅拷贝

当我们写下Person P2(P1)时，编译器调用了P2.Person(P1),以上面例子为例，编译器提供的默认拷贝构造函数如下所示：

Person(const Person& p)
{
	this->_a = p._a;
}

运行结果如下所示：

在这里插入图片描述

看上面的例子，这是最简单的拷贝构造函数，大家仔细看上面的函数原型，要是我把里面的Person(const Person&p)换成Person(const Person p)可以吗，答案不行，要是换了，那么要调用拷贝构造函数，形参在传递的时候又要调用拷贝构造函数，之后一直调用拷贝构造函数，陷入无限的递归当中，最终使程序奔溃，而当使用引用时就不会存在这样的问题，看下面的实例：

在这里插入图片描述

有了拷贝构造函数我们在对象的拷贝上就会省去大量的时间，但是在有些情况下我们仍然需要自己写拷贝构造函数，例如：

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	Person(int a)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * a);
	}

~Person()
{
	if (_a != NULL)
	{
		free(_a);
		_a = NULL;
	}
}

private:
	int *_a;
};
int main()
{
	Person P1(10);
	Person P2(P1);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

当我启动程序时程序直接奔溃，上面的例子我们将变量创建到堆区，在构造函数中我们初始化这块内存空间，在析构函数中释放这块空间，然后创建P1，P2，将P1拷贝给P1，这是错误的，程序在执行时，首先调用P1的构造函数，再调用P2的构造函数，在程序结束时，调用P2的析构函数，再调用P1的析构函数，但是此时P1->_a和P2->_a指向同一块内存空间，我们首先调用P2的析构函数释放这块内存空间，此时_a所指向的这块空间已经被释放，然后我们又调用P1的析构函数对这块已经释放过的空间再次进行释放，那么毫无疑问会出现错误，这就是C++中非常经典的深浅拷贝问题，关于这个问题下次我会专门开一个专题详细探讨这个问题，这里就不在赘述了

4.赋值运算符重载

1.赋值运算符重载：

在C++中默认提供对赋值运算符的重载

例如：

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	Person()
	{

}
Person(int a)
{
	this->a = a;
}
void Print()
{
	cout << a << endl;
}
int a;

};
int main()
{
	Person P1(10);
	Person P2;
	P2 = P1;
	P1.Print();
	P2.Print();
	return 0;
}

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-zciSAp7v-1622031369854)(C:\\Users\\史金伟\\AppData\\Roaming\\Typora\\typora-user-images\\image-20210526191331715.png)]赋值有算符主要有以下几点：$

上述代码中我们直接将P1赋值给P2（P2=P1），实现了自定义类型的赋值，这是由于C++中成员中默认提供承载的赋值函数，它的主要特点如下所示：

1.参数类型

2.返回值

3.检测是否自己给自己赋值

4.返回*this

5.一个类如果没有显示定义赋值运算符，编译器也会自动生成一个，完成对象按字节序的值拷贝

它的函数原型如下所示：

在这里插入图片描述

当时，上述只是最简单的运算符重载，我们还可以写点稍微复杂一点的

2.其它运算符的重载

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，也具有返回值类型，函数名及其参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似

函数名字：关键字operator+操作符+（参数列表）

函数原型：返回值类型 operator+操作符+（参数列表）

注意：

1.不能通过连接其它符号创建新的操作符

2.重载操作符必须有一个类类型或者枚举类型的操作数

3.用于内置类型的操作数，其含义不能改变，例如：+，不能改变其含义

4.作为类成员的重载函数时，其形式看起来比操作数数目少1的成员函数的操作符有一个默认的形参this，限定为第一个参数

5.* 、. 、：：、sizeof、 ? :、注意以上5个运算符不能重载

下面我们将对几种比较常见的运算符进行重载操作：

+运算符重载：实现两个自定义类型的相加

#include<iostream>
using namespace std;
class person
{
public :
	person()
	{

	}
	person(int a, int b)
    {
		this->m_A = a;
		this->m_B = b;
	}
	person operator+(person& p)
	{
		person temp;
		temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
		temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
		return temp;
	}
int m_A;
int m_B;
};

void test01()
{
	person p1;
	p1.m_A = 10;
	p1.m_B = 10;
	person p2;
	p2.m_A = 10;
	p2.m_B = 10;
	person p3;
	p3 = p1 + p2;
	cout << "p3.m_A=" << p3.m_A << endl;
	cout << "p3.m_B=" << p3.m_B << endl;
}
int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

在这里插入图片描述

下面的例子我们将通过最简单的例子实现对运算符的重载：

class Person
{
public:
	Person()
	{
		this->m_num = 0;
	}
private:
	int m_num;
};

前置++运算符重载：实现对一个自定义数据类型的前置++

//假设类中只有一个数字m_num,实现对num的前置++
person &operator++()
{
		this->m_num++;
		return *this;
}
//重载前置++运算符，返回引用是为了一直对一个数据进行递增

后置++运算符重载：实现对自定义数据类型的后置++

//和上面例子一样，实现对类中唯一成员m_num的后置++
person operator++(int)//int为占位参数，为了与前面的前置运算++区分开
{
	person temp;
	temp.m_num =this->m_num;
	m_num++;
	return temp;
}
//重载后置++运算符，int代表占位参数，用来区分前置与后置递增
//后置递增返回值，前置递增返回引用

前置–运算符重载：实现对自定义数据类型前置–

//前置--，先-之后直接返回结果，用引用的方式返回
	person& operator--()
	{
		this->m_num--;
		return *this;
	}

后置–运算符重载：实现对自定义数据类型的后置–


//后置--，先返回值，后减减，直接返回
//其中int为函数重载，防止命名冲突
person operator--(int)
{
	person temp = *this;//这里必须是*this，不然会报错
	this->m_num--;
	return temp;
}

==运算符重载

bool operator==(person& p)
{
		if (this->m_num==p->m_num)
		{
			return true;
		}
		return false;
}

”！=“运算符重载

bool operator==(person& p)
{
		if (this->m_num!=p->m_num)
		{
			return true;
		}
		return false;
}

5.&操作符重载及const修饰的&操作符重载

1.const修饰类的成员函数

将const修饰的类成员函数称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数中的this指针，表明该成员函数中不能对类的任何成员进行修改

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

2.&及const取地址操作符重载

这两个默认成员函数一般不用重新定义，编译器会默认生成

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宠爱即可，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

综合案例：

设计一个日期类，实现对日期的++，–，+，-，=等操作

```c++
class Date
{
public:
// 获取某年某月的天数
inline int GetMonthDay(int year, int month)
{
	static int days[13] = {0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
	int day = days[month];
	if (month == 2 
	&&((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year%400 == 0)))
	{
		day += 1;
	}
	return day;
}


// 全缺省的构造函数
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
	if(year < 1900|| month < 1 || month > 12|| day < 1 || day > GetMonthDay(year ,month) )
	{
		cout<<"非法日期"<<endl;
	}
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
}



 // 拷贝构造函数
Date(const Date& d)
{
	this->_year = d._year;
	_month = d._month;
	_day = d._day;
}



 // 赋值运算符重载
// d2 = d3 -> d2.operator=(&d2, d3)
Date& operator=(const Date& d)
{
	if (this != &d)
	{
		this->_year = d._year;
		this->_month = d._month;
		this->_day = d._day;
	}
	return *this;
}

  

 // 析构函数
~Date()
{
	// 清理工作
}


//打印函数
void Print()
{
	cout<<_year<<"-"<<_month<<"-"<<_day<<endl;
}


 // 日期+=天数
// d1 += 10
// d1 += -10
Date& operator+=(int day)
{
	if (day < 0)
	{
		return *this -= -day;
	}
	_day += day;
	while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
	{
		_day -= GetMonthDay(_year, _month);
		_month++;
	if (_month == 13)
	{
		_year++;
		_month = 1;
	}
	return *this;
}



 // 日期+天数
// d + 10
Date operator+(int day)
{
	Date ret(*this);
	ret += day;
	return ret;
}


 // 日期-天数
Date operator-(int day)
{
	Date ret(*this);
	ret -= day;
	return ret;
}



 // 日期-=天数
// d -= 100
// d -= -100
Date& operator-=(int day)
{
	if (day < 0)
	{
		return *this += -day;
	}
	_day -= day;	
	while (_day <= 0)
	{
		--_month;
		if (_month == 0)
		{
			--_year;
			_mon以上是关于深入理解C++类和对象（中）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 深入理解C++类和对象(上)
 深入理解C++类和对象(上)
 使用Java语言深入理解程序逻辑——类和对象
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