c++初阶——类和对象（中）

大家好，我是小锋，我们今天继续来学习类和对象。

类的6个默认成员函数

我们想一想如果一个类什么都没有那它就是一个空类，但是空类真的什么都没有吗？

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。

我们下面来分别学习

构造函数

概念

我们先来写一个日期类

class date {
public:void  init(int yare = 1, int month = 1, int day = 1) {_yare = yare;_month = month;_day = day;}void Printf() {cout << _yare << "/" << _month << "/" << _day << "/" << endl;}
private:int _yare;int _month;int _day;
};
int main() {date add;add.init(2024, 4, 20);add.Printf();date arr;arr.init();arr.Printf();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？

这里就可以用到我们的构造函数了。

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。

构造函数的特性

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。

# include<iostream>
using namespace std;class date {
public:date(int yare = 0, int month = 0, int day = 0) {_yare = yare;_month = month;_day = day;}void Printf() {cout << _yare << "/" << _month << "/" << _day << "/" << endl;}
private:int _yare;int _month;int _day;
};
int main() {//调用无参构造函数date add;add.Printf();//调用带参数的构造函数date arr(2024, 4, 20);arr.Printf();return 0;
}

我们还要注意一个问题

相当于我们没有定义app的类，而是做了一个函数声明。

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。

6. 关于编译器生成的默认成员函数，很多童鞋会有疑惑：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？对象调用了编译器生成的默认构造函数，但是对象的_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？？

解答：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，看看下面的程序，就会发现编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员_t调用的它的默认成员函数。

编译器生成的默认构造函数对内置类型不处理，只处理自定义类型

class Time {
public:Time(int hour = 0, int minute = 0) {cout << "time(int hour = 0, int minute = 0)" << endl;_hour = hour;_minute = minute;}
private:int _hour;int _minute;
};
class date {
public:date(int yare = 0, int month = 0, int day = 0) {cout << "date(int yare = 0, int month = 0, int day = 0)" << endl;_yare = yare;_month = month;_day = day;}void Printf() {cout << _yare << "/" << _month << "/" << _day << "/" << endl;}
private:int _yare;int _month;int _day;Time _a;
};
int main() {date add;return 0;
}

从图中我们可以看到对于自定义类型Time编译器自动生成了构造函数。

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。

意思是我们可以这样初始化

这样编译器生成的默认构造函数就会对内置类型进行处理了

绝大部分的类要自己写构造函数，只有自定义类型的对象不用写构造函数，编译器会自己调用默认的构造函数。

7. 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。

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。

析构函数的特性

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（同样的编译器自动生成的析构函数只对自定义类型处理）

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。

我们简单来写个栈

# include<assert.h>
class stack {
public:stack(int n=4) {int* cur = (int*)malloc(sizeof(int) * n);if (cur == nullptr) {perror("空间开辟失败");return;}_a = cur;_size = 0;_capacity = n;}void push(int mon) {if (_size == _capacity) {int* cur = (int*)realloc(_a, sizeof(int) * _capacity * 2);if (cur == nullptr) {perror("空间开辟失败");return;}_a = cur;_capacity *= 2;}_a[_size] = mon;_size++;}void Printf() {for (int j = 0; j < _size; j++) {cout << _a[j] << endl;}}bool Empty() {return _size == 0;}void pop() {assert(!Empty());_size--;}~stack() {free(_a);_a = nullptr;_size = 0;_capacity = 0;}private:int* _a;int _size;int _capacity;
};int main() {stack head;head.push(1);head.push(2);head.push(3);head.push(4);head.push(5);head.pop();head.Printf();return 0;
}

大家看是不是程序结束是编译器自动调用析构函数

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。

编译器自动生成的默认析构函数对自定义类型对象的处理

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，否则会造成资源泄漏。

拷贝构造函数

概念

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。

同学们我们想想拷贝构造函数的意义何在，我们在学习c语言时也没用拷贝构造啊？

我们来探讨一下大家跟紧我的思路

# include<iostream>
using namespace std;class date {
public:date(int year=1, int month=1, int day=1) {_year = year;_month = month;_day = day;}void Printf() {cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main() {date d1;d1.Printf();date d2(2024, 4, 23);d2.Printf();return 0;
}

我们还是简单的来实现一个日期类

大家看我们这里定义了一个函数fund1在传参时是不是发生了拷贝这里是简单的值拷贝。

我们发现这里都是内置类型的拷贝，那么自定义类型可以这样拷贝吗？

我们来简单实现一个栈来演示

class stack {
public:stack(int n=4) {datapety* cur = (datapety*)malloc(sizeof(datapety) * n);if (cur == nullptr) {perror("空间开辟失败");return;}_add = cur;_size = 0;_capacity = n;}void push(int n) {if (_size == _capacity) {datapety* cur = (datapety*)realloc(_add,sizeof(datapety) * _capacity * 2);if (cur == nullptr) {perror("扩容失败");return;}_add = cur;_capacity *= 2;}_add[_size] = n;_size++;}bool Empty() {return _size == 0;}void pop() {assert(!Empty());_size--;}void Printf() {for (int i = 0; i < _size; i++) {cout << _add[i];}cout << endl;}~stack() {free(_add);_add = nullptr;_size = 0;_capacity = 0;}private:datapety* _add;int _size;int _capacity;};

当我们这样拷贝时程序崩溃了

那这是为什么呢？

这里崩溃的原因是空间连续销毁了两次，我们来分析一下我们的代码

大家看我们在调用fund2时是采用值拷贝，将实参的值拷贝给形参，_add指针存放的是一个指向动态开辟空间的地址，在值拷贝时，将值拷贝，当fund2函数结束时要销毁栈帧，就会将_add指针指向的空间一起销毁，然后当我们的程序走完后又会自动调用析构函数，又会将这块空间再次free一次，所以这里程序崩溃了。

那我们这里应该怎么办呢？

这里就要用到我们学过的引用了

大家看这样程序是不是就可以这次运行并结束了？

但是我们引用又会造成一个问题

大家看我们这里对a进行push，a1也会改变，但是我们不行让它改变啊，我们应该这么做，

那就要用到我们的拷贝构造函数进行深拷贝了。

stack(stack& a) {_add = (datapety*)malloc(sizeof(datapety) * a._capacity);if (_add == nullptr) {perror("空间开辟失败");return;}for (int i = 0; i < a._size; i++) {_add[i] = a._add[i];}_size = a._size;_capacity = a._capacity;}

这样我们的a1和a就是两个互不关联但存储的数据相同的两个类了

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（这里可以加一个const防止我们在写拷贝构造的函数时不小心修改了原对象），使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。（这里编译器是强制报错的）

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。

注意：在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是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

注意：类中如果没有涉及资源申请时，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。

5. 拷贝构造函数典型调用场景：

使用已存在对象创建新对象

函数参数类型为类类型对象

函数返回值类型为类类型对象

赋值运算符重载

引出运算符重载

大家可以看到内置类型可以直接使用运算符，进行运算比较，那自定义类型可以直接比较吗？

很显然是不行的

我们应该写一个比较函数来进行比较

我们拿日期类来举例

我们写好函数后发现x1，x2无法访问到类的成员变量，这是因为我们在定义成员变量时是限定私有的，我们只要改成公有的或者直接把比较函数改成类的成员函数就解决了。

这里，我们还有一个问题，我们的函数名时拼音，可读性很差，改成其他的名称也不是很好，所以为了规范，我们c++祖师爷引入了运算符重载

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。

函数名字为：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：

1，不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@

2，重载操作符必须有一个类类型参数

3，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

4，作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this

5，.* :: sizeof ? : . 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。

6，不能改变操作符的操作数个数（就是有几个操作数重载时就有几个参数）

我们对上面代码更改后就变成了下面的样子

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;}else {return false;}}

这里我们的参数用了const，是因为比较大小是不用改变对象的值的，用引用是在传参时不用进行拷贝提高效率。

# include<iostream>
using namespace std;class date {
public:date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) {_year = year;_month = month;_day = day;}void Printf() {cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;}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;}else {return false;}}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main() {date d1(2018, 7, 9);date d2(2024, 4, 24);cout << (d1 < d2) << endl;}

这里我们是不是就比较成功了？

接下来我们来看看赋值运算符重载是怎么样的

我们看这里我们定义了两个日期类，我们现在想把d2赋值给d1，应该怎么赋值，首先这里是自定义类型的赋值，看到不能直接用=进行赋值，所以我们这里就要用到我们刚刚学的运算符重载，对赋值运算符进行重载

date& operator=(const date & d) {if (this != &d) {_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}}

大家对比是不是发现了这个赋值运算符重载函数与拷贝构造函数简直就是一模一样，实现的思路也是一样的，那它们两个函数的区别是什么呢？

首先赋值是两个已经存在的对象进行拷贝，而拷贝构造是一个已经存在的对象对另一个要创建的对象进行初始化。

赋值运算符主要有四点：

1. 参数类型

2. 返回值

3. 检测是否自己给自己赋值

4. 返回*this

5. 一个类如果没有显式定义赋值运算符重载，编译器也会生成一个默认的赋值函数，完成对象按字节序的值拷贝。

如果编译器生成的默认赋值重载函数已经可以完成字节序的值拷贝了，我们还需要自己实现吗？

答案当然是一定的，我们在拷贝构造函数时已经讲过了，如果只进行值拷贝，这是一种浅拷贝对于那些动态开辟的空间的内容是拷贝不了的，在退出函数时就会多次调用析构函数。

我们来完成一个完整的日期类，

日期类的实现

检验一下大家的学习成果

还是老规矩，我们还是用三个文件来分装不同的内容

date.h

#pragma once# include<iostream>using namespace std;class date{
public://构造函数date(int year = 1, int month = 1, int day = 1);//打印日期void Printf();//重载<bool operator<(const date& d);//重载==bool operator==(const date& d);//重载<=bool operator<=(const date& d);//重载>bool operator>(const date& d);//重载>=bool operator>=(const date& d);//重载!=bool operator!=(const date& d);//判断这个月有多少天int GetMonthDay(const int year, const int month);//重载+=date& operator+=(int day);//重载+date operator+(int day);//重载-=date& operator-=(int day);//重载-date operator-(int day);//重载前置++date& operator++();//重载后置++date& operator++(int);//重载前置--date& operator--();//重载后置--date& operator--(int);private:int _year;int _month;int _day;
};

date.c

# include"date.h"//构造函数
date::date(int year, int month, int day) {_year = year;_month = month;_day = day;//检查日期是否合法if ((month < 1 || month>12) || (day<1 || day>GetMonthDay(year, month))) {cout << "非法日期" << endl;}
}//打印日期
void date::Printf() {cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;}//重载<
bool date::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;}else {return false;}
}//重载==
bool date::operator==(const date& d) {if (_year == d._year && _month == d._month && _day == d._day) {return true;}else {return false;}
}//重载<=
bool date::operator<=(const date& d) {return (*this < d) || (*this == d);}//重载>
bool date::operator>(const date& d) {return !(*this <= d);
}//重载>=
bool date::operator>=(const date& d) {return !(*this < d);}//重载!=
bool date::operator!=(const date& d) {return !(*this == d);
}//判断这个月有多少天
int date::GetMonthDay(const int year, const int month) {int add[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31, };int n = add[month];if (month == 2 && ((year % 4 == 0) && (year % 100 != 0)) || (year % 400 == 0)) {n = 29;}return n;
}//重载+=
date& date::operator+=(int day) {if (day < 0) {return *this -= (-day);}_day += day;while (_day > GetMonthDay(_year, _month)) {_day -= GetMonthDay(_year, _month);_month++;if (_month == 13) {_year++;_month = 1;}}return *this;
}//重载+
date date::operator+(int day) {date cmp (*this);cmp += day;return cmp;
}//重载-=
date& date::operator-=(int day) {if (day < 0) {return *this += (-day);}_day -= day;while (_day <= 0) {_month--;if (_month == 0) {_year--;_month = 12;}_day += GetMonthDay(_year, _month);}return *this;
}//重载-
date date::operator-(int day) {date tmp(*this);tmp -= day;return tmp;
}//重载前置++
date& date::operator++() {*this += 1;return *this;
}
//重载后置++
date& date::operator++(int) {date cmp(*this);*this += 1;return cmp;
}
//重载前置--
date& date::operator--() {*this -= 1;return *this;
}
//重载后置--
date& date::operator--(int) {date tmp(*this);*this -= 1;return  tmp;
}

test.c

# include"date.h"int main() {date d1(2023, 2, 23);date d2(2024, 4, 24);d1.Printf();d2.Printf();cout << (d1 < d2) << endl;cout << (d1 <= d2) << endl;cout << (d1 > d2) << endl;cout << (d1 >= d2) << endl;cout << (d1 == d2) << endl;cout << (d1 != d2) << endl;d1 += 10;d1.Printf();d1 -= 10;d1.Printf();d2 = d1 + 10;d2.Printf();d2 = d1 - 10;d2.Printf();++d2;d2.Printf();d1 = d2++;d1.Printf();d2.Printf();--d2;d2.Printf();d1 = d2--;d1.Printf();d2.Printf();return 0;
}

我们最后可以测试一下

这里主要讲一下前置++，后置++，以及前置--，后置--，在重载时默认是前置，后置则要在参数中加一个int参数，进行占位，跟前置构成函数重载进行区分，

日期-日期

我们要计算两个日期之间的天数就要用到这个函数

这里我们只要复用我们前面写的++函数就可以很简单搞定了

//日期相减
int date::operator - (const date& d) {date max = *this;date min = d;int fin = 1;if (min > max) {max = d;min = *this;}int n = 0;while (min != max) {min++;n++;}return n * fin;}