C++入门到精通：类和对象（中）全方位解析

前言

在上一篇文章中，我们已经初步认识了 C++ 的类和对象。今天，我们将继续深入探索类的更多奥秘。准备好了吗？让我们直接开始吧！

类的默认成员函数

顾名思义，默认成员函数是指那些你没有在类中显式实现，但编译器会自动生成的函数。对于一个类，如果我们没有编写任何成员函数，编译器（C++11之前）一共会生成6个默认成员函数。，这六个分别是构造函数，析构函数，拷贝构造函数，赋值运算符重载，取地址运算符重载（普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载），C++11之后还会添加移动构造和移动赋值这两个函数，本篇文章先讲前6个。有些时候默认成员函数足够满足我们的需求了，但是在有些情况时不能满足。

构造函数

构造函数是特殊的默认成员函数，它的作用是给实例化的对象进行初始化，功能与我们写的Init函数类似,但是有一点要特别注意，**编译器自动生成的构造函数并不是真正的初始化，它既不会将内置类型成员初始化为零，也不会主动"清理"对象，它的核心使命仅仅是递归地调用自定义类型成员和基类的默认构造函数，确保整个对象树的构造链完整。**那些成员变量仍然是随机值，这点与初始化函数不同，另外，编译器自动生成的是无参的默认构造函数。

这里对象实例化时就会自动调用构造函数，可以看到这里仍然是随机值。所以编译器自动生成的构造函数并不是完全的初始化。

构造函数的特点：

1. 函数名与类名相同。
2. ⽆返回值。 (返回值啥都不需要给，也不需要写void，不要纠结，C++规定如此)
3. 对象实例化时系统会⾃动调⽤对应的构造函数。
4. 构造函数可以重载。
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，⼀旦⽤⼾显式定义编译器将不再⽣成。
6. 默认构造函数：⽆参构造函数、全缺省构造函数、我们不写构造时编译器默认⽣成的构造函数，都叫做默认构造函数。但是这三个函数有且只有⼀个存在，不能同时存在。⽆参构造函数和全缺省构造函数虽然构成函数重载，但是调⽤时会存在歧义，因为都不要传实参。总结⼀下就是不传实参就可以调⽤的构造就叫默认构造。
7. 我们不写，编译器默认⽣成的构造，对内置类型（int，char，float…）成员变量的初始化没有要求，也就是说是否初始化是不确定的，看编译器。对于⾃定义类型成员变量，要求调⽤这个成员变量的默认构造函数初始化，自定义类型成员变量就是class,struct等关键字自己定义的类型。如果这个成员变量没有默认构造函数，那么就会报错，我们要初始化这个成员变量，需要⽤初始化列表才能解决。

这个基类就是被继承的类，当你已经有了一个类，而你要基于这个类来创建一个新类时，这个已有的类就是基类。

#include<iostream>
 using namespace std;
 class Date
 {
 public:
 // 1.⽆参构造函数
 Date()
 {
 _year = 1;
 _month = 1;
 _day = 1;
 }

 // 2.带参构造函数
/* Date(int year, int month, int day)
 {
 _year = year;
 _month = month;
 _day = day;
 }*/

 // 3.全缺省构造函数（默认值）
 Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
 {
 _year = year;
 _month = month;
 _day = day;
 }

 void Print()
 {
 cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
 }
 private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};

 int main()
 {
 Date d1; // 调⽤默认构造函数
 Date d2(2025, 1, 1); // 调⽤带参的构造函数

 // 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，否则编译器⽆法区分这⾥是函数声明还是实例化对象
 // warning C4930: “Date d3(void)”: 未调⽤原型函数(是否是有意⽤变量定义的?)
 Date d3();

 d1.Print();
 d2.Print();

 return 0;
 }

析构函数

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，释放对象在其生命周期期间所获得的资源，执行清理善后工作。
析构函数特点：

1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。（ ~Date）
2. ⽆参数⽆返回值。 (这⾥跟构造类似，也不需要加void)
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。
4. 对象⽣命周期结束时，系统会⾃动调⽤析构函数。
5. 跟构造函数类似，我们不写，编译器⾃动⽣成的析构函数对内置类型成员不做处理，⾃定类型成员会调⽤它的析构函数。
6. 还需要注意的是我们显⽰写析构函数，对于⾃定义类型成员也会调⽤他的析构，也就是说⾃定义类型成员⽆论什么情况都会⾃动调⽤它的析构函数。
7. 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，如Date；如果默认⽣成的析构就可以⽤，也就不需要显⽰写析构，如MyQueue；但是有资源申请时，⼀定要⾃⼰写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。
8. ⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。
   
   
   
   这里就能够看出来后定义的先析构。

那么为什么编译器自动生成的默认构造函数和析构函数不会对内置类型成员进行处理呢？
简单来说，内置类型成员并没有构造和析构的概念，它们是原始数据，而不是资源管理者，内置类型只是分配了内存，不用调用任何函数，本身也没有资源可以释放，我们看析构是释放对象在生命周期期间中所获得的资源，所以对内置类型不处理本质上是根本不需要处理，没有可处理的东西，它们不是对象，只是原始比特。

拷贝构造函数

如果⼀个构造函数的第⼀个参数是⾃⾝类类型的引⽤，且任何额外的参数都有默认值，则此构造函数也叫做拷⻉构造函数。所以拷贝构造函数是构造函数的重载。 它的函数名和类名相同，没有返回值，作用也是对创建新对象时进行初始化，用一个已有的对象来对新对象进行初始化。
同时它也是一个特殊的构造函数，第一个参数必须是自身类类型的引用，例如Date类，那么第一个参数就是Date&或const Date&。
拷⻉构造的特点：

1. 拷⻉构造函数是构造函数的⼀个重载。
2. 拷⻉构造函数的第⼀个参数必须是类类型对象的引⽤，使⽤传值⽅式编译器直接报错，因为语法逻辑上会引发⽆穷递归调⽤。 拷⻉构造函数也可以多个参数，但是第⼀个参数必须是类类型对象的引⽤，后⾯的参数必须有缺省值。
3. C++规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造，所以这⾥⾃定义类型传值传参和传值返回都会调⽤拷⻉构造完成。
4. 若未显式定义拷⻉构造，编译器会⽣成⾃动⽣成拷⻉构造函数。⾃动⽣成的拷⻉构造对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉)，对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷⻉构造。
5. 像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源，编译器⾃动⽣成的拷⻉构造就可以完成需要的拷⻉，所以不需要我们显⽰实现拷⻉构造。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，编译器⾃动⽣成的拷⻉构造完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我们的需求，所以需要我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉)。像MyQueue这样的类型内部主要是⾃定义类型Stack成员，编译器⾃动⽣成的拷⻉构造会调⽤Stack的拷⻉构造，也不需要我们显⽰实现MyQueue的拷⻉构造。这⾥还有⼀个⼩技巧，如果⼀个类显⽰实现了析构并释放资源，这说明那个对象在生命周期期间获得了资源，需要深拷贝，那么他就需要显⽰写拷⻉构造，否则就不需要。
6. 传值返回会产⽣⼀个临时对象调⽤拷⻉构造，传值引⽤返回，返回的是返回对象的别名(引⽤)，没有产⽣拷⻉。但是如果返回对象是⼀个当前函数局部域的局部对象，函数结束就销毁了，那么使⽤引⽤返回是有问题的，这时的引⽤相当于⼀个野引⽤，类似⼀个野指针⼀样。传引⽤返回可以减少拷⻉，但是⼀定要确保返回对象，在当前函数结束后还在，才能⽤引⽤返回。
   那么为什么第一个参数必须是自身类类型的引用呢？而不是直接传值呢？
   这样可以防止在调用拷贝构造函数时出现死循环的情况。 假设我们现在传值试试。

// 错误的写法
Date(Date d) { 
    _year = d._year; 
    // ...
}

当我们执行 Date d2(d1); 来创建 d2 时，会发生以下连锁反应：
第一次调用：程序试图用 d1 来初始化 d2，于是调用 Date 的拷贝构造函数 Date(Date d)。
参数传递：因为是传值，编译器需要把实参 d1 的值复制一份，来初始化形参 d。那就差不多变成这样Date d(d1)。
触发规则：根据 C++ 的规则，复制一个自定义类型对象（d1）给另一个同类型对象（形参 d），必须调用拷贝构造函数。
第二次调用：于是，程序再次调用 Date(Date d)，这次是为了创建形参 d 的副本。
无限循环：在第二次调用中，又遇到了传值参数，于是又要为新的形参创建副本，这又需要第三次调用拷贝构造函数……
最终结果：这个过程会无限重复下去，每一次调用都会在栈上开辟新的空间，最终导致栈溢出（Stack Overflow），程序崩溃。

那么自身类类型的引用就能完美的解决这个问题。若是Date（const Date& d） 这里d1就只是d的别名，就不会调用拷贝构造函数了，自然就不会死循环了。
那为什么任何额外的参数都要有默认值（缺省值）呢？
因为拷贝构造的典型调用场景是 Date d2(d1);，这种调用方式只传递了一个参数。如果后面的参数没有默认值，这种最基础的调用方式就会因为参数不匹配而报错。

赋值运算符重载

赋值运算符重载是将两个已经存在的对象进行拷贝赋值，这与拷贝构造不同——拷贝构造是用一个已经存在的对象去初始化一个即将创建的新对象。
赋值运算符重载的特点：

1. 赋值运算符重载是⼀个运算符重载，规定必须重载为成员函数。赋值运算重载的参数建议写成const 当前类类型引⽤，否则传值传参会有拷⻉
2. 有返回值，且建议写成当前类类型引⽤，引⽤返回可以提⾼效率，有返回值⽬的是为了⽀持连续赋值场景。
3. 没有显式实现时，编译器会⾃动⽣成⼀个默认赋值运算符重载，默认赋值运算符重载⾏为跟默认拷⻉构造函数类似，对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉)，对⾃定义类型成员变量会调⽤他的赋值重载函数。
4. 与拷贝构造类似，若全都是内置类型成员变量且没有指向什么资源，那么编译器自动生成的赋值运算符重载就足够用了，对于有指向了资源的，就要我们自己实现。与拷贝构造一样，若是这个类显示写了析构并释放了资源，那么就需要自己实现赋值运算符重载，否则就不要。

运算符重载

这个运算符重载是要我们自己实现的，编译器自动生成的是赋值运算符重载，当我们要将运算符用在类类型对象时，C++规定要调用对应的运算符重载，若没有对应的运算符重载，那么编译会报错。
运算符重载其实就是一个函数，这个函数实现相对应的运算符的功能。他的名字是由operator和后⾯要定义的运算符共同构成。和其
他函数⼀样，它也具有其返回类型和参数列表以及函数体。例如这种：operator++()。
重载运算符函数的参数个数和该运算符作⽤的运算对象数量⼀样多。

如果⼀个重载运算符函数是成员函数，则它的第⼀个运算对象默认传给隐式的this指针，因此运算符重载作为成员函数时，参数⽐运算对象少⼀个。例如：

class Date {
public:
    int _year, _month, _day;

    // 成员函数形式重载 +
    Date operator+(const Date& d) const {
        Date result;
        result._year  = this->_year  + d._year;
        result._month = this->_month + d._month;
        result._day   = this->_day   + d._day;
        return result;
    }
};

当我们写Date d1 = d2+d3;时，编译器会将它处理成Date d1 =d2.operator+(d3) ;这个d2会传给隐式this指针，d3会传给d。
运算符重载以后，其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持⼀致。
不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符：⽐如operator@。
.* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。
• 重载操作符⾄少有⼀个类类型参数，不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义，如： intoperator+(int x, int y)
• ⼀个类需要重载哪些运算符，是看哪些运算符重载后有意义，⽐如Date类重载operator-就有意义，但是重载operator+就没有意义。
• 重载++运算符时，有前置++和后置++，运算符重载函数名都是operator++，⽆法很好的区分。C++规定，后置++重载时，增加⼀个int形参，跟前置++构成函数重载，⽅便区分。
• 重载<<和>>时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数时，this指针默认抢占了第⼀个形参位置，第⼀个形参位置是左侧运算对象，调⽤时就变成了 对象<<cout，不符合使⽤习惯和可读性。
重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了，第⼆个形参位置当类类型对象。

const成员函数

有const修饰的成员函数称为const成员函数，const放在成员函数参数列表后面，例如：成员函数名称（）const{}。
这里的const实际上是修饰这里函数的this指针，我们以Date这个类为例，this指针类型变为const Date*const this，表明在该成员函数中不能对类中的任何成员进行修改。

取地址运算符重载

取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载，⼀般这两个函数编译器⾃动⽣成的就可以够我们⽤了，不需要去显⽰实现。除⾮⼀些很特殊的场景，⽐如我们不想让别⼈取到当前类对象的地址，我们可以随便返回一个地址。例如：

class Date
 {
 public :
 Date* operator&()
 {
 return this;
 // return nullptr;
 }

 const Date* operator&()const
 {
 return this;
 // return nullptr;
 }
 private :
 int _year ; // 年
 int _month ; // ⽉
 int _day;
}

结束语

到这里，我们已经把 C++ 类的六大默认成员函数逐一拆解完毕：从负责初始化的构造函数，到负责清理的析构函数，再到拷贝构造、赋值运算符重载，以及取地址运算符重载。你会发现，这些看似零散的知识点，其实环环相扣——它们共同构成了 C++ 对象生命周期的完整闭环：对象如何诞生、如何被复制、如何被赋值、最终又如何优雅地退场。

更值得回味的是，编译器自动生成的默认版本，往往在"够用"与"不够用"之间划出了一道清晰的分界线：内置类型成员无需处理，自定义类型成员则层层递归调用。理解了这条规则，你就能一眼判断出——什么时候可以放心交给编译器，什么时候必须亲自动手实现深拷贝、重写析构函数。

掌握了这些默认成员函数，你就真正握住了 C++ 面向对象编程的钥匙。接下来，我们还可以继续探索继承、多态、模板等更精彩的世界。类与对象的大门已经为你敞开，下一站，我们不见不散！

转载自 CSDN-专业IT技术社区

原文链接：https://blog.csdn.net/lemo_n_/article/details/166598674