c++类和对象(中)

目录

1. 类的默认成员函数

2. 构造函数

3. 析构函数

 4 . 拷贝构造函数

5. 赋值预算符重载

5.1 运算符重载

5. 2 赋值运算符

5.3 日期类的实现

6 . 取地址运算符重载

6.1 const成员函数引用

6.2 取地址运算符重载


1. 类的默认成员函数

默认成员函数就是⽤⼾没有显式实现,编译器会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,这个我们后⾯再讲解。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:编译器默认⽣成的函数不满⾜我们的需求,我们需要⾃⼰实现,那么如何⾃⼰实现?

2. 构造函数

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是栈帧创建时,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。
构造函数的特点:
1. 函数名与类名相同。
2. ⽆返回值。 (返回值啥都不需要给,也不需要写void,不要纠结,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,⼀旦⽤⼾显 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。要注意很多同学会认为默认构造函数是编译器默认⽣成那个叫 默认构造,实际上⽆参构造函数、全缺省构造函数也是默认构造,总结⼀下就是不传实参就可以调 ⽤的构造就叫默认构造。当我们对对象实例化时会自动调用默认构造函数,也就是无参的构造函数。
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,我们要初始化这个成员变量,需要⽤ 初始化列表才能解决。
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,⾃定义类型就是我们使⽤class/struct等关键字⾃⼰定义的类型。
下面就是对第7句话的总结。
#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;
	}
private:
	STDataType* _a;
	size_t _capacity;
	size_t _top;
};
// 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;
}

下面是对开头的解释当我们对象实例化会调用我们的默认构造函数

​
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	// 1.⽆参构造函数
	Date()
	{
		_year = 1;
		_month = 1;
		_day = 1;
		cout << "无参构造函数" << endl;
	}
	// 2.带参构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		cout << "带参构造函数" << endl;
		_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;
	}*/
	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
	// 编译报错:error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可⽤
	Date d1; // 调⽤默认构造函数这里其实就是Date d1();这里不加括号为了区分这里是函数声明和实例化对象
	Date d2(2025, 1, 1); // 调⽤带参的构造函数这里是实例化对象
	// 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;
}

​

上面就是代码运行结果。

3. 析构函数

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,
函数结束栈帧销毁,他就释放了,不需要我们管,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,⽽Date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。
析构函数的特点:
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 调⽤他的析构函数。
6. 还需要注意的是我们显⽰写析构函数,对于⾃定义类型成员也会调⽤他的析构,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。

 4 . 拷贝构造函数

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 也叫做拷⻉构造函数,也就是说拷⻉构造是⼀个特殊的构造函数。 C ++拷贝构造函数是一种特殊的构造函数,用于创建对象时,使用一个已有对象的内容来初始化新的对象。
拷⻉构造的特点:
1. 拷⻉构造函数是构造函数的⼀个重载。
2. 拷⻉构造函数的参数第一个必须是类类型对象的引⽤,使⽤传值⽅式编译器直接报错,因为语 法逻辑上会引发⽆穷递归调⽤。如下图所示
当我们去调用一个拷贝构造时,因为里面是传值调用,会导致调用拷贝构造函数去初始化d这个形参就形成了新的拷贝构造一直重复会造成无穷递归。
3. 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 ⾃定义类型 传值传参 传值返 回 都会调⽤拷⻉构造完成。
自定义类型传值传参的本质就是调用拷贝构造函数去初始化我们的形参。
自定义类型传值返回的本质 就是调用了我们的拷贝构造去初始化我们的临时对象
4. 若未显式定义拷⻉构造,编译器会⽣成⾃动⽣成拷⻉构造函数。⾃动⽣成的拷⻉构造对内置类型成 员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉),对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷⻉构 造。
5. 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⻉以完
成需要的拷⻉,所以不需要我们显⽰实现拷⻉构造。像Stack这样的类,虽然也都是内置类型,但
是_a指向了资源,编译器⾃动⽣成的拷⻉构造完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我们的需求,所以需要
我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉)。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⻉构造会调⽤Stack的拷⻉构造,也不需要我们显⽰实现
MyQueue的拷⻉构造。 这⾥还有⼀个⼩技巧,如果⼀个类显⽰实现了析构并释放资源,那么他就
需要显⽰写拷⻉构造,否则就不需要
6. 传值返回会产⽣⼀个临时对象调⽤拷⻉构造 ,传值引⽤返回,返回的是返回对象的别名(引⽤)没
有产⽣拷⻉。但是如果返回对象是⼀个当前函数局部域的局部对象,函数结束就销毁了,那么使⽤
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
拷⻉,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。

5. 赋值预算符重载

5.1 运算符重载

当运算符被⽤于类类型的对象时,C++语⾔允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。C++规
定类类型对象使⽤运算符时,必须转换成调⽤对应运算符重载,若没有对应的运算符重载,则会编
译报错。
运算符重载是具有特名字的函数 ,他的名字是由 operator和后⾯要定义的运算符共同构成 。和其他 函数⼀样,它也具有其返回类型和参数列表以及函数体。
重载运算符函数的参数个数和该运算符作⽤的运算对象数量⼀样多。⼀元运算符有⼀个参数,⼆元 运算符有两个参数,⼆元运算符的左侧运算对象传给第⼀个参数,右侧运算对象传给第⼆个参数。
如果 ⼀个重载运算符函数是成员函数,则它的第⼀个运算对象默认传给隐式的this指针 ,因此运算 符重载作为成员函数时,参数⽐运算对象少⼀个。
运算符重载以后,其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持⼀致。
不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符:⽐如operator@。
.* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。重操作符 ⾄少有⼀个类类型参数 ,不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义,如: int operator+(int x, int y)
下面我们来认识一下.*这个运算符
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	void func()
	{
		cout << "A::func()" << endl;
	}
};
typedef void(A::* PF)();//成员函数指针类型
int main()
{
	A p;
// C++规定成员函数要加&才能取到函数指针
	PF pf = &A::func;//这个就是A中的func函数的指针
	(p.*pf)();

}

这里当我们通过成员函数的函数指针去调用该成员函数会用到。

⼀个类需要重载哪些运算符,是看哪些运算符重载后有意义,⽐如Date类重载operator-就有意
义,但是重载operator+就没有意义。
重载++运算符时,有前置++和后置++,运算符重载函数名都是operator++,⽆法很好的区分。
C++规定,后置++重载时,增加⼀个int形参,跟前置++构成函数重载,⽅便区分。
重载<<和>>时,需要重载为全局函数,因为重载为成员函数,this指针默认抢占了第⼀个形参位
置,第⼀个形参位置是左侧运算对象,调⽤时就变成了 对象<<cout,不符合使⽤习惯和可读性。
重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了,第⼆个形参位置当类类型对
象。当我们对类类型的对象进行运算操作符,大都要在要把运算符重载为成员函数为了访问私有的成员变量

5. 2 赋值运算符

赋值运算符重载是⼀个默认成员函数,⽤于 完成两个已经存在的对象 直接的拷⻉赋值,这⾥要注意跟 拷⻉构造区分,拷⻉构造 ⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象
赋值运算符重载的特点:
1. 赋值运算符重载是⼀个运算符重载,规定 必须重载为成员函数 。赋值运算重载的参数建议写成
const 当前类类型引⽤,否则会传值传参会有拷⻉
2. 有返回值,且建议写成当前类类型引⽤,引⽤返回可以提⾼效率,有返回值⽬的是为了⽀持连续赋 值场景。
3. 没有显式实现时,编译器会⾃动⽣成⼀个默认赋值运算符重载,默认赋值运算符重载⾏为跟默认构 造函数类似,对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉),对⾃定义类型 成员变量会调⽤他的拷⻉构造。
4. 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,编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载就 可以完成需要的拷⻉,所以不需要我们显⽰实现赋值运算符重载。像Stack这样的类,虽然也都是 内置类型,但是_a指向了资源,编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我 们的需求,所以需要我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉)。像MyQueue这样的类型内部 主要是⾃定义类型Stack成员,编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载会调⽤Stack的赋值运算符重载, 也不需要我们显⽰实现MyQueue的赋值运算符重载。 这⾥还有⼀个⼩技巧,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赋值运算符重载,否则就不需要。

5.3 日期类的实现

//Date.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>

// 重载

class Date
{
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public :
	Date(int year, int month, int day);
	Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_day = d._day;
		_month = d._month;
		//cout << "拷贝构造" << endl;
	}
	int GetMonthDay(int year,int m) const//const Date* this
	{
		static int month[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
		if (m == 2 && ((year % 400 == 0) || (year % 4 == 0 && year % 100 != 0)))
		{
			return 29;
		}
		return month[m];

	}
	void print();
	bool CheckDate();
	//const加在this指针*的前面
	// Print隐含的this指针由 Date* const this 变为 const Date* const this
	bool operator<(const Date& d) const;
	bool operator<=(const Date& d) const;
	bool operator>(const Date& d) const;
	bool operator>=(const Date& d) const;
	bool operator==(const Date& d) const;
	bool operator!=(const Date& d) const;
	// d1 += 天数
	Date& operator+=(int day);
	Date operator+(int day) const;
	// d1 -= 天数
	Date& operator-=(int day);
	Date operator-(int day) const;
	// d1 - d2
	int operator-(const Date& d) const;
	// ++d1 -> d1.operator++()
	Date& operator++();
	// d1++ -> d1.operator++(0)
	// 为了区分,构成重载,给后置++,强⾏增加了⼀个int形参
	// 这⾥不需要写形参名,因为接收值是多少不重要,也不需要⽤
	// 这个参数仅仅是为了跟前置++构成重载区分
	Date operator++(int);

	Date& operator--();
	Date operator--(int);

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//Date.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"Date.h"
bool Date::CheckDate()
{
	if (_month >= 1 && _month <= 12 &&
		_day>=1&&_day<=GetMonthDay(_year,_month))
	{
		
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}
void Date::print()
{
	cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << endl;
}
Date::Date(int year, int month, int day)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
	if (!CheckDate())
	{
		cout << "日期非法:";
		print();
		assert(CheckDate());
	}
}
bool Date::operator<(const Date& d)const
{
	if (_year < d._year)
	{
		return true;
	}
	else if (_year == d._year)
	{
		if (_month < d._month)
		{
			return true;
		}
		else if (_month==d._month)
		{
			if (_day < d._day)
			{
				return true;
			}
			else
			{
				return false;
			}
		}
		else
		{
			return false;
		}
	}
	else
	{
		return false;
	}

}
bool Date ::operator==(const Date& d)const
{
	return _year == d._year && _month == d._month && _day == d._day;
}
bool Date::operator<=(const Date& d)const
{
	return *this < d || *this == d;
}
bool  Date::operator>(const Date& d)const
{
	return !(*this == d) && !(*this < d);
}
bool Date::operator>=(const Date& d)const
{
	return !(*this < d);
}
bool Date::operator!=(const Date & d) const
{
	return !(*this == d);
}
 /*d1 += 天数
+=会改变第一个操作数*/
//这里我们改变了当前对象中成员变量的值因此我们不要对this指针加cosnt
Date& Date::operator+=(int day)
{
	if (day < 0)
	{
		day = -day;
		return *this -= day;
	}
	_day += day;
	while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
	{
		_day -= GetMonthDay(_year, _month);
		_month++;
		if (_month == 13)
		{
			_year++;
			_month = 1;
		}
	}
	return *this;
}
//因为加不改变第一个操作数所以加上const
//这里返回值不能是引用因为我们要返回加完天数之后的
//对象会被销毁如果返回引用会造成空引用
Date Date::operator+(int day) const
{
	if (day < 0)
	{
		day = -day;
		return *this - day;
	}
	//调用拷贝构造
	Date tem = *this;
	Date tem2(*this);
	tem += day;
	return tem;
}
// d1 -= 天数
//
Date&Date:: operator-=(int day)
{
	if (day < 0)
	{
		day = -day;
		return *this += day;
	}
	_day -= day;
	while (_day < 1)
	{
		_month--;
		if (_month == 0)
		{
			_month = 12;
			_year--;
		}
		_day += GetMonthDay(_year, _month);
	}
}

//d1-100
Date Date::operator-(int day) const
{
	if (day < 0)
	{
		day = -day;
		return *this + day;
	}
	Date tmp(*this);
	tmp -= day;
	return tmp;
}
Date& Date::operator++()
{
	return (*this +=1);
}
// d1++ -> d1.operator++(0)
// 为了区分,构成重载,给后置++,强⾏增加了⼀个int形参
// 这⾥不需要写形参名,因为接收值是多少不重要,也不需要⽤
// 这个参数仅仅是为了跟前置++构成重载区分
Date Date::operator++(int)
{
	Date tmp(*this);
	*this += 1;
	return tmp;
}

Date& Date::operator--()
{
	return (*this -= 1);
}
Date Date::operator--(int)
{
	Date tmp(*this);
	*this -= 1;
	return tmp;
}
// 重载
//返回值是为了保证连续性
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << '/' << d._month << '/' << d._day << endl;
	return out;
}
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	
		cout << "请依次输入年月日:>" << endl;;
		in >> d._year >> d._month >> d._day;
		while (!d.CheckDate())
		{
			cout << "日期非法:"<<endl;
			d.print();
			cout << "请重新输入" << endl;
			in >> d._year >> d._month >> d._day;
		}
		return in;
}
int Date::operator-(const Date& d) const
{
	Date max(*this);
	Date min(d);
	int falg = 1;
	if (max < min)
	{
		falg = -1;
		//构造函数
		Date tem = max;
		//赋值重载
		max = min;
		//赋值重载
		min = tem;
	}
	int count = 0;
	while (min < max)
	{
		++min;
		count++;
	}

	return count*falg;
}

当我们实现-和-=的运算符重载时我们分析一下我们为什么会在-中去调用-=?

当我们去实现-时,无论我们自己实现还是调用-=都会调用两次拷贝构造可当我们首先-=时如果是自己实现不会调用拷贝构造,而当我们去调用-时会先调用一次赋值重载在调用两次拷贝构造会导致效率降低,因此最好在-中去调用我们的-=。

6 . 取地址运算符重载

6.1 const成员函数引用

将const修饰的成员函数称之为const成员函数,const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后
⾯。
const实际修饰该成员函数隐含的this指针,表明在该成员函数中不能对类的任何成员进⾏修改。
const 修饰Date类的Print成员函数,Print隐含的this指针由 Date* const this 变为 const
Date* const this

6.2 取地址运算符重载

取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载,⼀般这两个函数编译器⾃动 ⽣成的就可以够我们⽤了,不需要去显⽰实现。除⾮⼀些很特殊的场景,⽐如我们不想让别⼈取到当 前类对象的地址,就可以⾃⼰实现⼀份,胡乱返回⼀个地址。
//为什么会有两个呢?
class Date
{
public:
//这一个当我们传入的普通对象的指针时比如Date d的指针时
//按道理这里调用下面那个也可以因为下面的参数是Date *const this
//调用相当于权限缩小是没问题的但就是下面的返回值是const Date*就不太匹配
//因此编译器会自动帮我们调用最合适的也就是第一个
//此外通常我们不会自己去实现这两个取地址运算符重载
	Date* operator&()
	{
		return this;
		 return nullptr;
	}
	 const Date * operator&()const
	  {
		 return this;
		  return nullptr;
	 }
 private:
	 int _year; // 年
	 int _month; // ⽉
	 int _day; // ⽇
	
};

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