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- 1 堆与拷贝构造函数
- 1.1 概述
- 1.2 分配堆对象
- 1.3 拷贝构造函数
- 1.3.1 默认拷贝构造函数
- 1.3.2 拷贝构造函数一定要用引用
- 1.3.3 浅拷贝和深拷贝
- 1.4 临时对象
- 1.5 匿名对象
- 1.6 构造函数用于类型转换
- 2 总结
1 堆与拷贝构造函数
1.1 概述
全局变量、静态数据、常量及字面量存放在全局数据区,所有类成员函数和非成员函数代码存放在代码区,为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等存放在栈区,余下的空间都被作为堆区。
TIP:常量和字面量的区别:(字面量一定是常量,但是常量不一定是字面量)
常量(Constants):
定义: 常量是程序中固定不变的值,一旦被定义和初始化后,在程序的执行过程中不会发生改变。
特点: 常量可以是字面量,也可以是通过程序定义的标识符(例如,使用
const
关键字声明的变量)。例子:
const int MAX_SIZE = 100; // MAX_SIZE 是常量,使用 const 关键字声明
字面量(Literals):
定义: 字面量是源代码中的一个表示固定值的符号表达式。它是一个直接出现在程序中的常量值,而不是通过变量或表达式计算得到的值。
特点: 字面量是一种表示常量的方式,可以是整数、浮点数、字符、字符串、布尔值等。
例子:
int number = 42; // 整数字面量 42 double pi = 3.14; // 浮点数字面量 3.14 char letter = 'A'; // 字符字面量 'A' const char* text = "Hello, World!"; // 字符串字面量 "Hello, World!" bool isTrue = true; // 布尔字面量 true
1.2 分配堆对象
malloc
的缺陷:从 C++的立场上看,不能用
malloc()
函数的一个原因是,它在分配空间的时候不能调用构造函数(仅仅只是开辟了一块开年,事实上并没有创建对象)。类对象的建立是分配空间、构造结构以及初始化的三位一体,它们统一由构造函数来完成。
使用new
分配堆对象:
Tdate* pS;
pS = new Tdate;//分配堆空间并构造它
//上面是调用TDate的默认构造函数,
//如果带参数的构造函数:pS = new Tdate(arg1,arg2);
delete pS;//先析构,然后将空间返还给堆
不必显式指出从new
返回的指针类型,因为new
知道要分配对象的类型是Tdate
。new
会调用构造函数
堆对象析构是在释放堆对象语句delete
执行之时。上面的堆对象在执行delete pS;
语句时会自动调用其析构函数。
如果没有括号和初始化参数(例如int*i = new int
),那么分配的空间的内容是不确定的。如果有参数但是初始化参数是空(例如int *i = new int()
),那么分配的空间中的内容会被初始化为0。当然,给了初始化参数自然也会被初始化为参数(例如int* i=new int(10)
,那么i的地址中存储的值就是10)。
注意:
char* ch = new char[10];
并不是指定初始化参数,它只是单纯开辟了一段10大小的空间,其内容依然是不确定的。但是char* ch = new char[2]();
这样写,它所有的内容都被初始化为0。也只能这样写,因为new的数组不可以指定具体的参数值。
如果new的是对象类型:如果有初始化参数,以初始化参数中的值为参数调用构造函数进行初始化;如果没有括号和初始化参数或者有括号但初始化参数为空,用默认构造函数初始化
当new一个多维数组时,只有第一个维度可以是变量,剩下的维度都必须是变量,比如int **fp = new char[n][3];
1.3 拷贝构造函数
什么时候用到对象拷贝:
对象作为函数参数进行传递时。
用另外一个对象值去初始化一个新构造的对象。
如果函数的返回值是类的对象,函数执行完成返回主调函数时,将使用return语句中的对象初始化一个临时无名对象,传递给主调函数,此时发生拷贝构造构造。(编译器优化下可能没有)
1.3.1 默认拷贝构造函数
类定义中,如果未提供自己的拷贝构造函数,则 C++提供一个默认拷贝构造函数,就像没有提供构造函数时,C++提供默认构造函数一样。
C++提供的默认拷贝构造函数工作的方法是:所有成员依次拷贝。如果成员是类对象,则调用其拷贝构造函数或者默认拷贝构造函数。
一个例子:
结果:
熟练下面的运行过程:
解释:程序一开始运行,进人主函数,首先构造对象
randy
,调用Student
构造函数,产生第一行信息;对象tutor
是通过调用构造函数Tutor(Student&.)
来创建的,该构造函数通过调用Student
的拷贝构造函数来初始化数据成员Tutor::student
,产生第二行信息;在执行Tutor
构造函数时,产生第三行信息;接着输出第四行;然后调用fn()
,因为以值传递的形式传入了一个tutor
对象,需要创建tutor
的一个拷贝,因为Tutor
类没有定义拷贝构造函数,所以就调用默认的拷贝构造函数,在拷贝成员student
对象时,调用Student
拷贝构造函数,结果在名字copy of Randy
之前又接上了一个copy of
,得到第五行输出;进入fn()
函数体中,得到第六行信息;从函数fn()
返回时,形参tutor
析构,调用的是默认析构函数,也正因此才没有产生任何输出。当析构到成员student
(被拷贝的tutor的student成员,因此它实际上被拷贝了两次,也就是copy of copy randy)时,调用Student
析构函数,产生第七行输出;接着返回到主函数,输出第八行信息;退出主函数时,先析构tutor
对象,会调用其默认的析构函数,并没有任何输出。之后析构Student
,调用其析构函数,产生第九行信息;最后析构Randy
对象,得到最后一行输出。
1.3.2 拷贝构造函数一定要用引用
下面是一个典型的拷贝构造函数的声明:
class MyClass {
public:
// 拷贝构造函数的声明
MyClass(const MyClass& other);
// 其他成员和函数声明...
};
这里 const MyClass&
表示一个常量引用,这样在拷贝构造函数中,不会修改传入对象的内容。使用引用而不是对象本身作为参数,可以避免无谓的复制,提高效率。
事实上,拷贝构造函数只能通过传入引用的方式。假如不写成引用,而对象只能通过值传递传入函数,所以传进来的对象会被拷贝一次,但是对象的拷贝只能通过拷贝函数来实现,而使用拷贝函数,就得又拷贝一次,然后会这样陷入死循环。
1.3.3 浅拷贝和深拷贝
浅拷贝:只复制对象本身和对象中的基本数据类型成员,而不复制指针所指向的内存。
深拷贝:不仅复制对象本身和基本数据类型成员,还复制指针所指向的内容,创建一个新的内存副本。
浅拷贝存在的问题:
例如下面例子:
程序会输出以下信息后报错:
解释:
程序开始运行时,创建
p1
对象,p1
对象的构造函数从堆中分配空间并赋给数据成员pName
,同时,产生第一行输出;执行Person p2=p1;
时,因为没有定义拷贝构造函数,于是就调用默认拷贝构造函数,使得p2
与p1
完全一样,并没有新分配堆空间给p2
。主函数结束时,对象逐个析构,析构p2
时,将堆中字符串清成空串,然后将堆空间返还给系统,并同时得到第二行输出;析构p1
时,因为这时pName
指向的是空串,所以第三行输出中显示的只是Destructing
;当执行delete pName;
时,由于PName
的地址已经被析构为空,系统报错。
正确的拷贝构造函数应该是这样的:
1.4 临时对象
当函数返回一个对象时,要创建一个临时对象以存放返回的对象。
如图:
在这里,系统调用拷贝构造函数将ms
拷贝到新创建的临时对象中。
注意:在上面的例子中,当
fn()
返回时产生的临时对象拷贝给s
后,临时对象就被析构。因此,假如我们使用一个引用去接收,例如:Student &ref = fn();
那么,由于使用引用去接收,所以
ref
的引用对象其实是临时变量。而这行代码执行后,临时变量就消失,因此ref
引用的是一个不存在的对象。会报错。
1.5 匿名对象
下面代码就是创建了一个匿名对象
使用匿名对象:
第二个执行的是用无名对象拷贝构造一个对象
s
。按照我们的想法,C++先调用构造函数Student(char *);
创建一个无名对象,,然后再调用一个拷贝构造函数Student(Student&.);
创建对象s
。但是,由于是用无名对象去拷贝构造一个对象,拷贝完后,无名对象就失去了任何作用,对于这种情况,C++特别地将其看作与Student s("Jenny");
效果一样,而且可以省略创建无名对象这一步。第三个执行的是无名对象作为实参传递给形参
s
。C++先调用构造函数创建一个无名对象,然后将该无名对象初始化给了引用形参s
对象。由于实参是在主函数中,所以无名对象是在主函数的栈区中创建,函数fn()
的形参s
引用的是主函数栈空间中的一个对象。这行代码其实等价于:Studnet s("Danny"); fn(s);
由于这些无名对象都是在主函数中创建的,因此在主函数执行完毕之后,所有无名对象都会被销毁。
1.6 构造函数用于类型转换
直接看例子:
fn
函数需要一个Student& s
对象,但是调用fn
的语句是fn("Jenny")
,于是就尝试用字符串"Jenny"
去初始化Student
对象,发现恰好可以。把构造函数用来从一种类型转换为另一种类型,这是 C++从类机制中获得的附加性能。
注意:
(1)只会尝试含有一个参数的构造函数
(2)如果有二义性,则放弃尝试。
例如:
其实不推荐这种做法,简单了解即可。
2 总结
C++,犹如编程的交响乐, 在代码的海洋中奏响和谐的旋律。
它是创造者的笔,雕刻着无尽可能,
是思想的翅膀,让梦想飞翔的天空。
无拘无束,灵活多变。
C++,是程序员心中的宝藏,永不凋零的花朵。
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