C++ 类和对象（中）

1.类的六个默认成员函数

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？其实并不是，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下六个默认成员函数。
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成为默认成员函数。

class Date {};

2.构造函数

2.1概念 

对于下面这个类

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(2024, 12, 5);d1.Print();Date d2;d2.Init(2025, 1, 11);d2.Print();return 0;
}

对于Date类，可以通过 Init 共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。

2.2特性

构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名字叫构造，但是构造函数的主要任务并不是开辟空间创建对象，而是初始化对象。

其特征如下：

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://无参构造函数Date(){};//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;
   };
   int main()
   {Date d1;//调用无参构造函数Date d2(2025, 1, 11);//调用带参构造函数Date d3();//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。//导致编译器无法区分d3是对象还是函数名。return 0;
   }

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。

   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;}*/
   private:int _year;int _month;int _day;
   };
   int main()
   {Date d1;//调用无参构造函数//error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可用//编译失败，因为一旦显式定义了构造函数，编译器将不再生成。//但将类中构造函数注释后，代码可以编译通过，//因为用户没有显式定义，编译器自动生成一个无参构造函数。return 0;
   }

6. 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。
   我们不写编译器默认生成构造函数，内置类型不做处理（有些编译器也会处理，但那是个性化行为，不是所有的编译器都会处理的，我们应该默认都不处理），自定义类型会去调用它的默认构造。
   a.一般情况下，有内置类型成员，就需要自己写构造函数。
   b.全部是自定义类型，可以考虑让编译器自己生成。

   class Time
   {
   public:Time(){cout << "Time()" << endl;_hour = 0;_minute = 0;_second = 0;}
   private:int _hour;int _minute;int _second;
   };
   class Date
   {
   private://内置类型int _year;int _month;int _day;//自定义类型Time _t;//编译器生成默认的构造函数会对自定义类型成员_t//调用它的默认成员函数。
   };
   int main()
   {Date d;return 0;
   }

   运行结果：
   注意：C++11中针对内置类型成员不做初始化的缺陷，打了补丁：内置成员变量在类中声明时可以给默认值。

   class Time
   {
   public:Time(){cout << "Time()" << endl;_hour = 0;_minute = 0;_second = 0;}
   private:int _hour;int _minute;int _second;
   };
   class Date
   {
   private://内置类型int _year=2025;	//不是初始化，这里只是声明，给的是默认缺省值，int _month=1;	//给编译器生成默认构造函数使用的。int _day=11;//自定义类型Time _t;
   };
   int main()
   {Date d;return 0;
   }

结论：

1.一般情况下，构造函数都需要我们自己写。

除非：

        （1）内置类型成员都有缺省值，且初始化都符合我们的要求。
        （2）全是自定义类型的构造，且这些类型都定义默认构造。

3.析构函数

3.1概念

析构函数：与构造函数相反，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。而对象在销毁时自动调用析构函数，完成对象中资源的清理工作。

3.2特性

析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：

1. 析构函数名是在类名前面加上字符~
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，编译器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++编译器自动调用析构函数。
5. 编译器生成的默认析构函数，对自定义类型成员调用它的析构函数。对内置类型成员不做处理。

   class Time
   {
   public:~Time(){cout << "~Time()" << endl;}
   private:int _hour;int _minute;int _second;
   };
   class Date
   {
   private://内置类型int _year;	int _month;	int _day;//自定义类型Time _t;
   };
   int main()
   {Date d;return 0;
   }

   
   程序输出：~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构造函数，销毁哪个类的对象则调用该类的析构函数。

6. 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；有资源申请时，一定要写，否则会造成资源泄露。

4.拷贝构造函数

4.1概念

拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对类类型对象的引用（一般用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。

（用一个已经存在的对象初始化另一个对象）

4.2特征

拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征：

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=2024, int month=12, int day=5){_year = year;_month = month;_day = day;}//Date(const Date d)//错误写法Date(const Date& d){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}
   private:int _year;int _month;int _day;
   };
   int main()
   {Date d1;Date d2(d1);//规定自定义类型，必须要调用拷贝构造去完成。return 0;	//内置类型直接拷贝
   }

   

3. 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。内置类型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。

4. 编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了。那我们还需要自己实现吗？

   typedef int Datatype;
   struct Stack
   {Stack(size_t capacity=10){_array = (Datatype*)malloc(sizeof(Datatype) * capacity);if (_array == nullptr){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(const Datatype& data){//扩容_array[_size] = data;++_size;}~Stack(){if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}Datatype* _array;size_t _capacity;size_t _size;
   };int main()
   {Stack s;s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);Stack s1(s);return 0;
   }

   执行结果：程序崩溃
   
   注意：类中如果没有涉及到资源申请时，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，发生上述程序崩溃问题。

5. 拷贝构造函数典型调用场景
   1) 使用已存在对象创建新对象
   2) 函数参数类型为类类型对象
   3) 函数返回值类型为类类型对象

   class Date
   {
   public:Date(int year,int month,int day)//构造函数{cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;}Date(const Date& d)//拷贝构造函数{cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;}~Date()//析构函数{cout << "~Date():" << this << endl;}
   private:int _year;int _month;int _day;
   };Date Test(Date d)
   {Date tmp(d);return tmp;
   }
   int main()
   {Date d1(2024, 12, 7);Test(d1);return 0;
   }

   
   为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据使用场景，能用引用尽量使用引用。出了函数作用域对象或变量还没销毁就可以使用引用。

5.赋值运算符重载

5.1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：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（自定义类型）
• 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目少一个，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this
• .*  ::  sizeof  ?:  .  注意这五个运算符不能重载
• 是否要重载运算符，看这个运算符对这个类是否有意义

  class Date
  {
  public:Date(int year = 2024, int month = 12, int day = 7){_year = year;_month = month;_day = day;}//private:int _year;int _month;int _day;
  };
  //运算符重载成全局的就需要成员变量是公有的，这样就不能保证封装性了？！
  //后面我们可以用友元函数解决，或者重载成为成员函数
  bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
  {return d1._year == d2._year&& d1._month == d2._month&& d1._day == d2._day;
  }
  int main()
  {Date d1(2020, 2, 2);Date d2(2020, 2, 2);cout << (d1 == d2) << endl;//会转换成operator==(d1,d2)return 0;
  }

5.2赋值运算符重载 

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
• 返回值类型：T&，返回引可以提高返回的效率，有返回值的目的是为了支持连续赋值
• 检测是否自己给自己赋值
• 返回*this：要符合连续赋值的含义

class Date
{
public:Date(int year = 2024, int month = 12, int day = 7){_year = year;_month = month;_day = day;}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;
};
int main()
{Date d1(2020, 2, 2);Date d2(2024, 1, 1);d2 = d1;//d2.operator(d1)return 0;
}

运算符重载函数：已经存在的两个对象之间的复制拷贝。
拷贝构造函数：用一个已经存在的对象初始化另一个对象。

2.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，编译器就会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器生成的默认赋值运算符重载冲突了，所以赋值运算符重载只能是类的成员函数。

3.用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认复制运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。注意：内置类型成员是直接赋值的，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。
如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以；一旦涉及到资源管理则必须要实现。

typedef int Datatype;
struct Stack
{Stack(size_t capacity=10){_array = (Datatype*)malloc(sizeof(Datatype) * capacity);if (_array == nullptr){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(const Datatype& data){//扩容_array[_size] = data;++_size;}~Stack(){if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}Datatype* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};int main()
{Stack s1;s1.Push(1);s1.Push(2);s1.Push(3);s1.Push(4);Stack s2;s2 = s1;return 0;
}

5.3前置++和后置++重载

class Date
{
public:Date(int year = 2024, int month = 12, int day = 7){_year = year;_month = month;_day = day;}//前置++：返回+1之后的结果//this指向的对象函数结束之后不会销毁，所以以引用返回提高效率Date& operator++(){_day += 1;return *this;}//C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，//但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递。//为了让前置++和后置++能正确重载Date operator++(int)//参数占位，形成函数重载{Date tmp(*this);_day += 1;return tmp;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1(2020, 2, 2);Date d2(2024, 1, 1);d1++;++d2;return 0;
}

6.日期类的实现

class Date
{
public://获取天数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;}//全缺省构造函数Date(int year = 2024, int month = 12, int day = 8){_year = year;_month = month;_day = day;}//拷贝构造函数Date(const Date& d){_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){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}return *this;}//析构函数~Date(){}//日期+=天数Date& operator+=(int 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Date operator+(int day){Date tmp(*this);tmp += day;//复用return tmp;}//日期-=天数Date& operator-=(int day){if (_day > day){_day -= day;return *this;}_day -= day;while (_day <= 0){_day += GetMonthDay(_year, _month);_month--;if (_month == 0){_year--;_month = 12;}}}//日期-天数Date operator-(int day){Date tmp(*this);tmp -= day;return tmp;}//前置++：返回+1之后的结果//this指向的对象函数结束之后不会销毁，所以以引用返回提高效率Date& operator++(){_day += 1;if (_day > GetMonthDay(_year, _month)){_day -= GetMonthDay(_year, _month);_month += 1;if (_month == 13)_year++;}return *this;}//C++规定：后置++重载时多增加一个int类型的参数，//但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递。//为了让前置++和后置++能正确重载Date operator++(int)//参数占位，形成函数重载{Date tmp(*this);_day += 1;if (_day > GetMonthDay(_year, _month)){_day -= GetMonthDay(_year, _month);_month += 1;if (_month == 13)_year++;}return tmp;}//后置--Date operator--(int){Date tmp(*this);_day -= 1;return tmp;}//前置--Date& operator--(){_day -= 1;return *this;}//>运算符重载bool operator>(const Date& d){if (_year > d._year)return true;else if (_year == d._year && _month > d._month)return true;else if (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day)return true;return false;}//==运算符重载bool operator==(const Date& d){if (_year == d._year && _month == d._month && _day == d._day)return true;return false;}//>=运算符重载bool operator>=(const Date& d){return (*this > d || *this == d);//复用}//<运算符重载bool operator<(const Date& d){return !(*this >= d);}//<=运算符重载bool operator<=(const Date& d){return !(*this > d);}//!=运算符重载bool operator!=(const Date& d){return !(*this == d);}
private:int _year;int _month;int _day;
public://友元函数friend ostream& operator<<(ostream& os, const Date& d);
};
ostream& operator<<(ostream& os, const Date& d) {os << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day; return os;
}
int main()
{Date d1(2024, 2, 8);Date d2(2024, 2, 9);//d1 += 51;cout << d1 << endl;//cout << d1 + 51<<endl;cout << (d1 - 9) << endl;//cout << ++d1 <<endl;cout << (d1 > d2) << endl;cout << (d1 >= d2) << endl;cout << (d1 < d2) << endl;cout << (d1 <= d2) << endl;return 0;
}

7.const成员

将const修饰的“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隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员函数进行修改。

权限可以缩小但是不能放大：

const对象不可以调用非const成员函数。
非const对象可以调用const成员函数。

8.取地址及const取地址操作符重载

这两个默认成员函数一般不用定义，编译器会默认生成。

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

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重载即可，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。