【C++类和对象】构造函数与析构函数

大耳朵土土垚

发布于 2024-04-15 09:16:15

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发布于 2024-04-15 09:16:15

文章被收录于专栏：c/c++

1.类的6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。例如：

class Date {};

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++类的默认成员函数包括：

默认构造函数（Default Constructor）：当对象被创建时，如果没有显式地定义构造函数，则会调用默认构造函数来初始化对象。
拷贝构造函数（Copy Constructor）：当对象通过另一个已存在的对象进行初始化时，会调用拷贝构造函数来创建一个新的对象。
移动构造函数（Move Constructor）：在C++11中引入的特性，当对象通过右值（临时对象）进行初始化时，会调用移动构造函数来创建一个新的对象，并且可以直接“窃取”右值对象的资源，避免额外的拷贝开销。
析构函数（Destructor）：当对象被销毁时，会调用析构函数来做一些清理工作，例如释放动态分配的内存或关闭打开的文件等。
拷贝赋值运算符（Copy Assignment Operator）：当一个已存在的对象被赋值给另一个对象时，会调用拷贝赋值运算符来完成赋值操作。
移动赋值运算符（Move Assignment Operator）：在C++11中引入的特性，当一个右值（临时对象）被赋值给另一个对象时，会调用移动赋值运算符来完成赋值操作，并且可以直接“窃取”右值对象的资源，避免额外的拷贝开销。

这些默认成员函数在没有显式地定义时，默认会自动生成，但也可以显式地定义来覆盖默认的实现。

C++类的6个默认成员函数根据它们各自的作用和特性可以被分为以下三类：

2.构造函数

2.1概念

C++构造函数是用于初始化对象的特殊成员函数。它的名称与类名相同，并且没有返回类型。构造函数在对象创建时自动调用，并且可以接受参数。例如：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;    // 年
		int _month;  // 月
		int _day;   // 日
};

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，所以C++提出了构造函数，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构造函数特性

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。其特性如下：

函数名与类名相同。
无返回值。
对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
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
 }

这里需要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，例如如下的代码： Date d3();//声明了d3函数，该函数无参，返回一个日期类型的对象 结果如下：

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;
 }

关于编译器生成的默认成员函数，很多人会有疑惑：不实现构造函数的情况下，编译器会生成默认的构造函数。但是看起来默认构造函数又没什么用？例如：

d对象调用了编译器生成的默认构造函数，但是d对象的_year/_month/_day，依旧是随机值。也就说在这里编译器生成的默认构造函数并没有什么用？？

理由如下：

首先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；
而C++生成的默认构造函数对内置类型不做处理，也就是不初始化，对自定义类型则调用它的默认构造函数：

例如：

class Time		//自定义类型Time
{
public:
	Time()    //默认构造函数
	{
		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;
}

结果如下：

从上述例子中，可以看出在实例化d1时，对于它的自定义类型，Date生成的默认构造函数调用了自定义类型Time的默认构造函数

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。例如：

class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1;
	int _month = 2;
	int _day = 3;
	// 自定义类型
	Time _t;
};

结果如下：

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。

例如：

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;
}

结果如下：

3.析构函数

3.1概念

通过前面构造函数的学习，我们知道一个对象是怎么来的，那一个对象又是怎么没呢的？
析构函数：与构造函数功能相反，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。注意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。

3.2析构函数特性

析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：

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

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 3)	//默认构造函数
	{
		cout << "Stack" << endl;
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
		if (NULL == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败!!!");
			return;
		}
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	void Push(DataType data)	//成员函数
	{
		// CheckCapacity();
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}
	// 其他方法...
	~Stack()	//析构函数
	{
		cout << "~Stack" << endl;
		if (_array)
		{
			free(_array);	//释放空间
			_array = NULL;	//剩下的可以写可以不写，因为函数调用完成会自动回收形参
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};
void TestStack()
{
	Stack s;
	s.Push(1);
	s.Push(2);
}

结果如下：

我们可以看到在创建对象时自动调用了默认构造函数来初始化，并且在对象销毁时自动调用了析构函数来清理malloc的空间；

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（与默认构造函数类似对内置类型不做处理，对自定义类型调用该类型的析构函数）。

class Time   //自定义类型Time
{
public:
 ~Time()   //析构函数
 {
 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;
}

结果如下：

对于内置类型成员，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。而Date没有显式提供析构函数，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