C++类对象创建全解析：从构造函数到内存管理

devtools/2025/3/15 10:40:04/

目录

对象的创建

对象的创建规则

对象的数据成员初始化

对象所占空间大小

总结

指针数据成员

对象的创建

在之前的 Computer 类中，通过自定义的公共成员函数 setBrand 和 setPrice 实现了对数据成员的初始化。实际上，C++ 为类提供了一种特殊的成员函数——构造函数来完成相同的工作。

  • 构造函数的作用：就是用来初始化数据成员的

  • 构造函数的形式：

    没有返回值，即使是void也不能有；

    函数名与类名相同，再加上函数参数列表。

构造函数在对象创建时自动调用，用以完成对象成员变量等的初始化及其他操作(如为指针成员动态申请内存等)

对象的创建规则

  1. 当类中没有显式定义构造函数时 ，编译器会自动生成一个默认 (无参) 构造函数 ，但并不会初始化数据成员；

    以Point类为例：

    #include <iostream>// 其次是C++的文件，第三方库文件放最下using std::cout;
using std::endl;
class Point {public:void print(){cout << "(" << _ix << "," << _iy<< ")" << endl;}Point(){cout << "print" << endl;}private:int _ix;int _iy;};void test0(){Point pt;pt.print();}//运行结果显示，pt的_ix,_iy都是不确定的值int main(){test0();return 0;}

    这说明了，当类中没有显式定义构造函数时 ，编译器会自动生成一个默认 (无参) 构造函数 ，但并不会初始化数据成员，这里我们将他不做任何处理，看是否会自动调用。

class Point {
public:void print(){cout << "(" << _ix << "," << _iy<< ")" << endl;}
private:int _ix;int _iy;
};void test0()
{Point pt;pt.print();
}
//运行结果显示，pt的_ix,_iy都是不确定的值

Point pt; 这种方式创建的对象，其数据成员没有被初始化,输出的会是不确定的值

image-20240307114915395

 2.  一旦当类中显式提供了构造函数时 ，编译器就不会再自动生成默认的构造函数；

class Point {
public:Point(){cout << "Point()" << endl;_ix = 0;_iy = 0;}void print(){cout << "(" << _ix << "," << _iy<< ")" << endl;}
private:int _ix;int _iy;
};void test0()
{Point pt;pt.print();
}
//这次创建pt对象时就调用了自定义的构造函数，而非默认构造函数

3. 编译器自动生成的默认构造函数是无参的，构造函数也可以接收参数，在对象创建时提供更大的自由度；

class Point {
public:Point(int ix, int iy){cout << "Point(int,int)" << endl;_ix = ix;_iy = iy;}void print(){cout << "(" << _ix << "," << _iy<< ")" << endl;}
private:int _ix;int _iy;
};void test0()
{Point pt;//error,没有默认的无参构造函数可供调用Point pt2(10,20);pt2.print();
}

4. 如果还希望通过默认构造函数创建对象， 则必须要手动提供一个默认构造函数；

class Point {
public:Point(){}Point(int ix, int iy){cout << "Point(int,int)" << endl;_ix = ix;_iy = iy;}void print(){cout << "(" << _ix << "," << _iy<< ")" << endl;}
private:int _ix;int _iy;
};void test0()
{Point pt;//okPoint pt2(10,20);pt2.print();
}

5. 构造函数可以重载

如上，一个类中可以有多种形式的构造函数，说明构造函数可以重载。事实上，真实的开发中经常会给一个类定义各种形式的构造函数，以提升代码的灵活性（可以用多种不同的数据来创建出同一类的对象）。

image-20240307120328878

对象的数据成员初始化

上述例子中，在构造函数的函数体中对数据成员进行赋值，其实严格意义上不算初始化（而是算赋值）。

在C++中，对于类中数据成员的初始化，推荐使用初始化列表完成。初始化列表位于构造函数形参列表之后，函数体之前，用冒号开始，如果有多个数据成员，再用逗号分隔，初始值放在一对小括号中。

class Point {
public://...Point(int ix = 0, int iy = 0): _ix(ix), _iy(iy){cout << "Point(int,int)" << endl;}//...
};

如果没有在构造函数的初始化列表中显式地初始化成员，则该成员将在构造函数体之前执行默认初始化。如在“对象的创建规则”示例代码中，有参的构造函数中 _ix 和 _iy 都是先执行默认初始化后，再在函数体中执行赋值操作。

image-20240307143824881

补充：数据成员的初始化并不取决于其在初始化列表中的顺序，而是取决于声明时的顺序（与声明顺序一致）。

  • 构造函数的参数也可以按从右向左规则赋默认值，同样的，如果构造函数的声明和定义分开写，只用在声明或定义中的一处设置参数默认值，一般建议在声明中设置默认值。

    class Point {
public:Point(int ix, int iy = 0);//默认参数设置在声明时//...
};Point::Point(int ix, int iy)
: _ix(ix)
, _iy(iy)
{cout << "Point(int,int)" << endl;
}void test0(){Point pt(10);
}

  • C++11之后，普通的数据成员也可以在声明时就进行初始化。但一些特殊的数据成员初始化只能在初始化列表中进行，故一般情况下统一推荐在初始化列表中进行数据成员初始化。

class Point {
public://...int _ix = 0;//C++11int _iy = 0;
};

  • 数据成员初始化的顺序与其声明的顺序保持一致，与它们在初始化列表中的顺序无关（但初始化列表一般保持与数据成员声明的顺序一致）。

对象所占空间大小

之前在讲引用的知识点时，我们提过使用引用作为函数的返回值可以避免多余的复制。内置类型的变量最大也就是long double,占16个字节。但是现在我们学习了类的定义，自定义类型对象的大小可以非常大。

使用sizeof查看一个类的大小和查看该类对象的大小，得到的结果是相同的（类是对象的模板）；

void test0(){Point pt(1,2);cout << sizeof(Point) << endl;cout << sizeof(pt) << endl;}

成员函数并不影响对象的大小，对象的大小与数据成员有关（后面学习继承、多态，对象的内存布局会更复杂）；

现阶段，在不考虑继承多态的情况下，我们做以下测试。发现有时一个类所占空间大小就是其数据成员类型所占大小之和，有时则不是，这就是因为有内存对齐的机制。

class A{int _num;double _price;
};
//sizeof(A) = 16class B{int _num;int _price;
};
//sizeof(D) = 8

  • 为什么要进行内存对齐？

    1.平台原因(移植原因)：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

    2.性能原因：CPU 对内存的读取不是连续的，而是分成块读取的，块的大小只能是1、2、4、8、16 ... 字节。若不进行内存对齐，可能需要做两次内存访问，性能会大打折扣；而进行过内存对齐仅需要一次访问。

    image-20240223163737665

    64位系统默认以8个字节的块大小进行读取。

    如果没有内存对齐机制，CPU读取_price时，需要两次总线周期来访问内存，第一次读取 _price数据前四个字节的内容，第二次读取后四个字节的内容，还要经过计算，将它们合并成一个数据。

    有了内存对齐机制后，以浪费4个字节的空间为代价，读取_price时只需要一次访问，所以编译器会隐式地进行内存对齐。

    规则一：

    按照类中占空间最大的数据成员大小的倍数对齐；

    如果数据成员再多一些，我们发现自定义类型所占的空间大小还与这些数据成员的顺序有关

    class C{int _c1;int _c2;double _c3;
};
//sizeof(C) = 16class D{int _d1;double _d2;int _d3;
};
//sizeof(D) = 24

    image-20240223163111420

    如果数据成员中有数组类型,会按照除数组以外的其他数据成员中最大的那一个的倍数对齐

    class E{double _e;char _eArr[20];double _e1;int _e2;
};
//sizeof(E) = 48class F{char _fArr[20];
};
//sizeof(F) = 20

    再判断一下，G类所占的空间是多少？

    class G{char _gArr[20];int _g1;double _g2;
};//32

在C语言的涉及的结构体代码中，我们可能会看到#pragma pack的一些设置，#pragma pack(n)即设置编译器按照n个字节对齐，n可以取值1,2,4,8,16.在C++中也可以使用这个设置，最终的对齐效果将按照 #pragma pack 指定的数值和类中最大的数据成员长度中，比较小的那个的倍数进行对齐。

总结

除数组外，其他类型的数据成员中，以较大的数据成员所占空间的倍数去对齐。

内存对齐还与数据成员的声明顺序有关。

指针数据成员

类的数据成员中有指针时，意味着创建该类的对象时要进行指针成员的初始化，需要申请堆空间。

在初始化列表中申请空间，在函数体中复制内容。

class Computer {
public:Computer(const char * brand, double price): _brand(new char[strlen(brand) + 1]()), _price(price){strcpy(_brand,brand);}private:char * _brand;double _price;
};void test0(){Computer pc("Apple",12000);
}

思考一下，以上代码有没有问题？

image-20240307152000320

代码运行没有报错，但使用memcheck工具检查发现发生了内存泄漏。有new表达式被执行，就要想到通过delete表达式来进行回收。如果没有对应的回收机制，对象被销毁时，它所申请的堆空间不会被回收，就会发生内存泄漏。


http://www.ppmy.cn/devtools/167271.html

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