【C++】类的默认成员函数：深入剖析与应用（上）

😀在上一篇文章中我们初步了解了C++的基础概念，现在我们进行对C++类的默认成员函数进行更加深入的理解！

👉【C++新手入门指南：从基础概念到实践之路】 

目录

💯前言 

💯构造函数

一、构造函数的定义与特性

1.定义

2.特性

二、构造函数的种类

1.默认构造函数

2.带参数的构造函数

💯拷贝构造函数

⭐概念

⭐特征

💯析构函数

⭐概念 

⭐特性

💯总结

💯前言 

在 C++ 的面向对象编程世界中，类的默认成员函数犹如构建程序大厦的基石，发挥着至关重要的作用。它们分别是构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值运算符重载、const成员函数以及取地址及const取地址操作符重载。 

⭐深入理解和掌握这些默认成员函数，对于每一位 C++ 开发者来说都至关重要。

💯构造函数

 在解析这个概念之前，我们引用一段代码👇：

#include <iostream>

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

    void Print()
    {
        std::cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << std::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？”

一、构造函数的定义与特性

1.定义

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.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。 通过构造函数，可以为对象的数据成员赋予初始值，确保对象在诞生之时就处于一个合理的状态。

 😕例如：

当我们定义一个表示学生信息的类时，可以在构造函数中为学生的姓名、年龄等属性赋予初始值，这样在创建学生对象时，就不必再单独为每个属性进行赋值操作，提高了代码的简洁性和可读性。

⭐构造函数的特性：

  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。 
    #include <iostream>

class MyClass {
public:
    int value;

    // 默认构造函数
    MyClass() {
        value = 0;
        std::cout << "默认构造函数被调用。" << std::endl;
    }

    // 带参数的构造函数，实现了构造函数的重载
    MyClass(int val) : value(val) {
        std::cout << "带参数的构造函数被调用，值为：" << value << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数
    MyClass obj1; // 调用默认构造函数
    MyClass obj2(42); // 调用带参数的构造函数

    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。 
    #include <iostream>

class Person {
public:
    std::string name;
    int age;

    // 如果没有显式定义构造函数，编译器自动生成默认构造函数
    // Person() {
    //     std::cout << "编译器自动生成的默认构造函数被调用。" << std::endl;
    //     name = "Unknown";
    //     age = 0;
    // }
};

class AnotherPerson {
public:
    std::string name;
    int age;

    AnotherPerson() {
        std::cout << "显式定义的默认构造函数被调用。" << std::endl;
        name = "Another Unknown";
        age = 0;
    }
};

int main() {
    // 对于没有显式定义构造函数的类 Person，编译器自动生成默认构造函数
    Person p1;
    std::cout << "Person 的名字：" << p1.name << ", 年龄：" << p1.age << std::endl;

    // 对于显式定义了构造函数的类 AnotherPerson
    AnotherPerson ap1;
    std::cout << "AnotherPerson 的名字：" << ap1.name << ", 年龄：" << ap1.age << std::endl;

    return 0;
}

  6. 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。 
    #include <iostream>

class MyClass {
public:
    int value;

    // 无参构造函数
    MyClass() {
        value = 0;
        std::cout << "无参构造函数被调用。" << std::endl;
    }

    // 全缺省构造函数（也被认为是默认构造函数，但不能与无参构造函数同时存在）
    // MyClass(int v = 0) {
    //     value = v;
    //     std::cout << "全缺省构造函数被调用。" << std::endl;
    // }
};

int main() {
    // 调用无参构造函数创建对象
    MyClass obj1;
    std::cout << "obj1 的值：" << obj1.value << std::endl;

    // 如果存在全缺省构造函数，可以这样创建对象
    // MyClass obj2;
    // std::cout << "obj2 的值：" << obj2.value << std::endl;

    return 0;
}

二、构造函数的种类

1.默认构造函数

默认构造函数是在没有显式定义任何构造函数时，由编译器自动生成的构造函数。它没有参数，或者所有参数都有默认值。默认构造函数的作用是在创建对象时，为对象的数据成员赋予默认值。

class Student {
public:
    string name;
    int age;
    Student() {
        name = "Unknown";
        age = 0;
    }
};

在这个例子中，Student()就是默认构造函数，它将学生的姓名初始化为 “Unknown”，年龄初始化为 0。

2.带参数的构造函数

带参数的构造函数可以接受一个或多个参数，用于在创建对象时为数据成员赋予特定的值。这种构造函数可以提高代码的灵活性，允许程序员根据不同的情况创建对象。

class Student {
public:
    string name;
    int age;
    Student(string n, int a) {
        name = n;
        age = a;
    }
};

在这个例子中，Student(string n, int a)是带参数的构造函数，可以通过传入学生的姓名和年龄来创建学生对象。

 😕例如：

#include <iostream>
#include <string>

class Student {
public:
    std::string name;
    int age;

    Student() {
        name = "Unknown";
        age = 0;
    }

    Student(std::string n, int a) : name(n), age(a) {}
};

int main() {
    Student s1;
    std::cout << "Default constructor: " << s1.name << ", " << s1.age << std::endl;

    Student s2("Tom", 18);
    std::cout << "Parameterized constructor: " << s2.name << ", " << s2.age << std::endl;

    return 0;
}

 代码结果如下：

💯拷贝构造函数

⭐概念


在现实生活中，可能存在一个与你一样的自己，我们称其为双胞胎。

🌚"那在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢？"

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。 

⭐特征

拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：

  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。 
    #include <iostream>

class Date
{
public:
    // 构造函数，可以接受三个参数，也可以不接受参数，此时使用默认值
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
    {
        _year = year;  // 初始化成员变量_year为传入的年份或默认值1900
        _month = month;  // 初始化成员变量_month为传入的月份或默认值1
        _day = day;  // 初始化成员变量_day为传入的日期或默认值1
    }

    // 拷贝构造函数，正确写法
    Date(const Date& d) 
    {
        _year = d._year;  // 将传入对象的年份赋值给当前对象的年份
        _month = d._month;  // 将传入对象的月份赋值给当前对象的月份
        _day = d._day;  // 将传入对象的日期赋值给当前对象的日期
    }
    // 错误写法：会引发无穷递归
    /*Date(const Date& d)
    {
        // 这里如果再次调用拷贝构造函数，就会形成无穷递归
        Date temp(d);
        _year = temp._year;
        _month = temp._month;
        _day = temp._day;
    }*/

private:
    int _year;  // 存储年份
    int _month;  // 存储月份
    int _day;  // 存储日期
};

int main()
{
    // 创建一个使用默认值初始化的 Date 对象 d1
    Date d1;
    // 使用拷贝构造函数，以 d1 为蓝本创建一个新的 Date 对象 d2
    Date d2(d1);
    return 0;
}

  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。 
    #include <iostream>

class MyClass {
public:
    int* data;

    MyClass() {
        data = new int(10);
    }

    // 默认拷贝构造函数，由编译器生成（浅拷贝）
    // MyClass(const MyClass& other) : data(other.data) {}
};

int main() {
    MyClass obj1;
    MyClass obj2 = obj1;

    // 修改 obj2 的数据，会影响 obj1 的数据，因为它们指向同一块内存
    *(obj2.data) = 20;

    std::cout << "obj1 的数据：" << *(obj1.data) << std::endl;
    std::cout << "obj2 的数据：" << *(obj2.data) << std::endl;

    return 0;
}

    在这个例子中，没有显式定义拷贝构造函数，编译器会生成默认的拷贝构造函数进行浅拷贝。对象obj2通过默认拷贝构造函数从obj1复制而来，但是它们的成员指针data指向了同一块内存地址。当修改obj2的数据时，obj1的数据也会被改变，因为它们实际上共享同一块内存空间，这就是浅拷贝的行为。如果要避免这种情况：需要显式定义一个深拷贝的拷贝构造函数，在其中为新对象分配独立的内存空间并复制数据。

💯析构函数

⭐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，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。 

⭐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。 
    #include <iostream>

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        std::cout << "构造函数被调用。" << std::endl;
    }

    ~MyClass() {
        std::cout << "析构函数被调用。" << std::endl;
    }
};

int main() {
    {
        MyClass obj;
    }
    std::cout << "离开局部作用域。" << std::endl;
    return 0;
}

  5. “😦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。 
    #include <iostream>

class SomeResource {
public:
    SomeResource() {
        std::cout << "SomeResource 构造函数被调用。" << std::endl;
    }

    ~SomeResource() {
        std::cout << "SomeResource 析构函数被调用。" << std::endl;
    }
};

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        std::cout << "MyClass 构造函数被调用。" << std::endl;
    }

    ~MyClass() {
        std::cout << "MyClass 析构函数被调用。" << std::endl;
    }

private:
    SomeResource resource;
};

int main() {
    MyClass obj;
    std::cout << "程序继续执行..." << std::endl;
    return 0;
}

    😎析构函数会对自定义类型的成员调用它们的析构函数，以正确地清理资源。

  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，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。 
    #include <iostream>

// 没有申请资源的类 Date
class Date {
public:
    int year;
    int month;
    int day;

    Date(int y, int m, int d) : year(y), month(m), day(d) {}
};

// 申请资源的类 Stack（这里只是简单模拟，实际的栈通常更复杂）
class Stack {
public:
    int* data;
    int top;
    int capacity;

    Stack(int size) {
        data = new int[size];
        top = -1;
        capacity = size;
    }

    ~Stack() {
        // 释放申请的资源
        delete[] data;
        std::cout << "Stack 析构函数被调用，资源已释放。" << std::endl;
    }
};

int main() {
    // Date 类可以直接使用默认析构函数，无需显式编写
    Date date(2023, 10, 19);

    // Stack 类必须显式编写析构函数以避免资源泄漏
    Stack stack(10);

    return 0;
}

💯总结

以上就是本文的全部内容了，本文讲解了C++ 类的默认成员函数的前半部分内容，如果你渴望深入了解 C++ 类的内部机制，如果你追求更高水平的编程技艺，那么千万不要错过 C++ 类的默认成员函数（下）。😜持续关注，一同开启这场充满挑战与惊喜的编程之旅吧！👉【A charmer】

😎让我们在 C++ 的海洋中继续乘风破浪，探索无限可能！

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