【C++】默认成员函数

与普通成员函数差距较大,形式对于我们比较陌生,但这是语法,是我们是必须要掌握的。

目录

  • 类的默认成员函数:
  • 构造函数:
    • 概念:
    • 语法:
    • 特性:
    • 关于初始化列表:
      • 语法:
      • 注意的点:
  • 析构函数:
    • 概念:
    • 语法:
    • 特性:
  • 拷贝构造函数:
    • 概念:
    • 语法:
    • 特性:
  • 赋值运算符重载:
    • 运算符重载:
    • 赋值运算符重载:
  • 再谈初始化列表:

类的默认成员函数:

如果一个类中什么成员都没有,简称为空类。
空类中真的什么都没有吗?
并不是,任何类在什么都不写时,编译器会自动生成以下6个默认成员函数。

默认成员函数:

用户没有显式实现,编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。

【C++】默认成员函数_第1张图片

构造函数:

概念:

对于以下Date类:

class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	d1.Init(2022, 7, 5);
	d1.Print();
	Date d2;
	d2.Init(2022, 7, 6);
	d2.Print();
	return 0;
}

对于Date类,可以通过 Init 公有方法给对象设置日期,但如果每次创建对象时都调用该方法设置信息,未免有点麻烦,那能否在对象创建时,就将信息设置进去呢?

构造函数是一个特殊的成员函数,名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用,以保证每个数据成员都有 一个合适的初始值,并且在对象整个生命周期内只调用一次。

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,而是初始化对象。

语法:

  1. 函数名与类名相同。
  2. 无返回值。
  3. 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
  4. 构造函数可以重载。
class Date
{
public:
	// 1.无参构造函数
	Date()
	{}
	// 2.带参构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year; 
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void TestDate()
{
	Date d1; // 调用无参构造函数
	Date d2(2015, 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,否则就成了函数声明
	// 以下代码的函数:声明了d3函数,该函数无参,返回一个日期类型的对象
	// 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();
}

特性:

  1. 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。
class Date
{
public:
	/*
	// 如果用户显式定义了构造函数,编译器将不再生成
	Date(int year, int month, int day)
	{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
	}
	*/
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	// 将Date类中构造函数屏蔽后,代码可以通过编译,因为编译器生成了一个无参的默认构造函数
	// 将Date类中构造函数放开,代码编译失败,因为一旦显式定义任何构造函数,编译器将不再生成
	// 无参构造函数,放开后报错:error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可用
	Date d1;
	return 0;
}
  1. 关于编译器生成的默认成员函数,对内置类型不处理,对自定义类型调用他的默认构造函数
    解答:
    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数据类型,如:int/char…,自定义类型就是我们使用class/struct/union等自己定义的类型,看看下面的程序,就会发现编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员_t调用的它的默认成员函数。
class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time()" << endl;
		_hour = 0;
		_minute = 0;
		_second = 0;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}

注意:C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷,又打了补丁,即:内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值,即缺省值(给初始化列表的)。

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time()" << endl;
		_hour = 0;
		_minute = 0;
		_second = 0;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}
  1. 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,并且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,都可以认为是默认构造函数。
class Date
{
public:
	Date()
	{
		_year = 1900;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// 以下测试函数能通过编译吗?
void Test()
{
	Date d1;
}

在这里插入图片描述

关于初始化列表:

有了以上的基础,我们可以进一步探索构造函数。

观察如下代码:

class Test
{
public:
	Test()
	{
		_a = 10;
	}
private:
	const int _a;
};

int main()
{
	Test t;
	return 0;
}

这时会报错:【C++】默认成员函数_第2张图片
原因在于有const修饰的必须进行初始化,可是有人会说,下图代码不是已经进行初始化了嘛,并非如此,

Test()
{
	_a = 10;
}

花括号中的代码是再赋值的意思,即这里并不是初始化的地方
初始化的地方在哪?
【C++】默认成员函数_第3张图片
在花括号的上方。

此时我们就引出初始化列表:

语法:

初始化列表
以一个冒号开始,接着是一个以逗号分隔的数据成员列表,每个"成员变量"后面跟一个放在括号中的初始值或表达式。

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

注意的点:

  1. 每个成员变量在初始化列表中只能出现一次(初始化只能初始化一次)
  2. 类中包含以下成员,必须放在初始化列表位置进行初始化:
  • 引用成员变量
  • const成员变量
  • 自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)
  1. 尽量使用初始化列表初始化,因为不管你是否使用初始化列表,对于自定义类型成员变量,一定会先使用初始化列表初始化。

  2. 成员变量在类中声明次序就是其在初始化列表中的初始化顺序,与其在初始化列表中的先后次序无关

析构函数:

概念:

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,局部对象销毁工作是由编译器完成的。而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工作。

语法:

  1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
  2. 无参数无返回值类型。
  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。注意:析构函数不能重载
  4. 对象生命周期结束时,C++编译系统系统自动调用析构函数。

特性:

  1. 关于编译器自动生成的析构函数,是否会完成一些事情呢?下面的程序我们会看到,编译器生成的默认析构函数,对自定类型成员调用它的析构函数。
class Time
{
public:
	~Time()
	{
		cout << "~Time()" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}
// 程序运行结束后输出:~Time()
// 在main方法中根本没有直接创建Time类的对象,为什么最后会调用Time类的析构函数?
// 因为:main方法中创建了Date对象d,而d中包含4个成员变量,其中_year, _month, _day三个是
// 内置类型成员,销毁时不需要资源清理,最后系统直接将其内存回收即可;
// 而_t是Time类对象,所以在d销毁时,要将其内部包含的Time类的_t对象销毁,所以要调用Time类的析构函数。
// 但是:main函数
// 中不能直接调用Time类的析构函数,实际要释放的是Date类对象,所以编译器会调用Date类的析构函
// 数,而Date没有显式提供,则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数,目的是在其内部调用Time
// 类的析构函数,即当Date对象销毁时,要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁
// main函数中并没有直接调用Time类析构函数,而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数
// 注意:创建哪个类的对象则调用该类的析构函数,销毁那个类的对象则调用该类的析构函数
  1. 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,比如Date类;有资源申请时,一定要写,否则会造成资源泄漏,比如Stack类。

拷贝构造函数:

概念:

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。

语法:

看示例:

Date(const Date& d)
	{
	//..........
	}
class Date
{
public:
	Date(int year = 2000, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{}
	Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

特性:

  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。
class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// Date(const Date& d)  // 正确写法
	Date(const Date& d)  // 错误写法:编译报错,会引发无穷递归
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	Date d2(d1);
	return 0;
}

关于无穷递归:

我们要先知道C++中进行自定义类型传值时会先调用拷贝构造,但是C语言不会。 C++这么做原因为:在拷贝时存在深浅拷贝的概念

浅拷贝: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。 如下图,直接进行浅拷贝会发生各种各样的问题
【C++】默认成员函数_第4张图片

深拷贝就是分别开辟一块空间【C++】默认成员函数_第5张图片
由此我们便知道C++这么做的原因了,也方便我们理解无穷递归

无穷递归示意图: 【C++】默认成员函数_第6张图片

  1. 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。
  2. 编译器生成的默认拷贝构造函数可以完成字节序的值拷贝,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。

赋值运算符重载:

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。这个经常在笔试选择题中出 现。

赋值运算符重载:

  • 赋值运算符重载格式:
class Date
{
public:
    Date& operator=(const Date& d)
    {
        if (this != &d)
        {
            _year = d._year;
            _month = d._month;
            _day = d._day;
        }

        return *this;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};
  1. 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
  2. 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
  3. 检测是否自己给自己赋值
  4. 返回*this :要复合连续赋值的含义
  • 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
    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。

再谈初始化列表:

初始化列表是构造函数才会有的,拷贝构造也是构造函数,故也会有初始化列表,我们在构造函数中说过,尽量使用初始化列表初始化,

  1. 其一是因为引用,const修饰的与没有默认构造的自定义类型的必须在初始化列表进行初始化
  2. 其二为初始化列表有时会提高效率
    解释:
class Test1
{
public:
    Test1() // 无参构造函数
    {
        cout << "Construct Test1" << endl;
    }
    Test1(const Test1& t1) // 拷贝构造函数
    {
        cout << "Copy constructor for Test1" << endl; 
        this->a = t1.a;
    }
    Test1& operator = (const Test1& t1) // 赋值运算符
    {
        cout << "assignment for Test1" << endl; 
        this->a = t1.a; 
        return *this;
    }
private:
    int a;
};
class Test2
{
public:
    Test2(Test1& t1)
    {
        test1 = t1;
    }
private:
    Test1 test1;
};

int main()
{
    Test1 t1;
    Test2 t2(t1);
    return 0;
}

我们进行如上代码的运行,结果为【C++】默认成员函数_第7张图片
原因:

  1. 第一行的原因是实例化对象时自动调用构造函数
  2. 第二行的原因是使用拷贝构造实例化t2,因为所有的成员变量都会走初始化列表初始化,故自定义类型t1会调用默认构造
  3. 进入到再赋值区域时进行赋值重载

此时我们进行如下改进

class Test2
{
public:
    Test1 test1;
    Test2(Test1& t1)
        :test1(t1)
    {}
};

再次运行时在这里插入图片描述
总结:
使用初始化列表少了一次调用默认构造函数的过程,这对于数据密集型的类来说,是非常高效的

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