[C++]类和对象【中】-创新互联

🥁作者：华丞臧
📕专栏：【C++】
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文章目录

类的六个默认成员函数
构造函数
- 构造函数概念
- 构造函数特性
析构函数
- 析构函数概念
- 析构函数特性
拷贝构造函数
- 拷贝构造函数概念
- 拷贝构造函数特性
赋值运算符重载
- 运算符重载
- 赋值运算符重载
const成员
取地址及const取地址操作符重载
日期类的实现
- 日期类接口
- 日期类实现
- - 获取某年某月的天数
  - 构造函数
  - 拷贝构造函数
  - 打印日期
  - 赋值运算符重载
  - 日期+=/+天数
  - - 日期+=天数
    - 日期+天数
  - 日期-=/-天数
  - - 日期-=天数
    - 日期-天数
  - 前置和后置(++/--)
  - 比较运算符重载
  - - ==运算符重载
    - >运算符重载
    - 其它运算符重载
  - 日期-日期
  - 流插入和流提取
  - - 流插入cout
    - 流提取cin
- 日期类测试

类的六个默认成员函数

如果一个类当中什么成员都没有，简称为空类。
空类中并不是什么都没有，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成一下6个默认成员函数。
默认成员函数：用户没有显示实现，编译器生成的成员函数称为默认成员函数。
在这里插入图片描述

构造函数构造函数概念

请看如下日期类：

#includeusing namespace std;

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

	void	Print()
	{cout<< _year<< "-"<< _month<< "-"<< _day<< endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};


int main()
{//Date d1;
	//d1.Init(2022, 7, 5);
	Date d1(2022, 7, 5);//创建对象时，直接初始化
	d1.Print();
	
	//Date d2;
	//d2.Init(2022, 7, 6);
	Date d2(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需要调用该方法设置，未免有点麻烦；构造函数很好的解决了上述问题。
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，以保存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，构造函数虽然称为构造，但是其主要任务并不是开空间创建对象，而是初始化对象。

构造函数特征如下：

函数名与类名相同；
无返回值，可以理解为无返回类型；
对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数；
构造函数可以重载。

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

void Test()
{Date d1;//调用无参构造函数
	Date d2(2022, 12, 13);//调用带参构造函数

	//错误示范
	//注意：如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不能跟括号；
	//因为编译器不知道这是一个函数声明还是要创建一个对象
	// 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();
}

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。
C++把类型分为内置类型和自定义类型。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；在C++中，默认生成的构造函数对内置类型不处理，对自定义类型会调用它的默认构造函数。

#includeclass Stack
{public:
	Stack(int capacity = 4)
	{_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
		if (nullptr == _a)
		{	exit(-1);
		}
		_capacity = capacity;
		_top = 0;
	}
private:
	int* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

class Myqueue
{private:
	Stack _push;
	Stack _pop;
	int _top;
};


int main()
{Myqueue q1;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

从程序运行结果来看，编译器对自定义类型会调用它的默认构造函数，对内置类型不处理；但是从结果来看内置内型被初始化为0了，在C++标准中并没有规定处不处理(默认不处理)，不同平台的编译器可能会处理。
注意：C++11 中针对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(缺省值)。

//上述Myqueue类可以改成如下代码：
class Myqueue
{private:
	Stack _push;
	Stack _pop;
	int _top = 0; 
	//运行代码调试，可以看到_top被初始化为0
};

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。

析构函数析构函数概念

析构函数：与构造函数功能相反，析构函数不是完全对对象本身的销毁，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。析构函数与类名相似，~(与C当中取反位操作符一致)后加上类名就是析构函数名，如下：

class Date
{~Date()   //析构函数
	{}
};

我们知道当一个类对象销毁时，对象中的成员变量会跟着销毁，但只有定义在栈上的成员变量销毁，而定义在堆上的成员变量就必须让我们进行清理，因此需要用到析构函数。

析构函数特性

析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：

析构函数名是在类名前加上字符~；
无参数无返回值类型；
一个类只有一个析构函数。若没有显示定义，系统自动自动生成默认的析构函数。

编译器默认生成的析构函数，对于内置内型不处理，对于自定义类型会调用其析构函数。
注意：析构函数不能重载。

对象生命周期结束时，C++编译系统自动调用析构函数，很好的解决了动态内存忘记释放的问题。
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；如有资源申请，则必须自己写，否则会造成资源泄漏。

一般的，对象是定义在栈上面的，那么其析构就符合栈的特性，即先进后出，也就是说先定义的后析构，后定义的先析构。

拷贝构造函数拷贝构造函数概念

在创建对象时，无疑存在一个问题：要如何创建与已存在对象一模一样的新对象呢？
拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本来类型对象的引用(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。
拷贝构造函数名与类名相同，参数是本类类型对象的引用。

拷贝构造函数特性

拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：

拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式；
拷贝构造函数的参数只有一个且必须是本类类型对象的引用，使用传值方式编译器会直接报错，因为会引发无穷递归调用。

传值传参就是把实参的值拷贝给形参，既然需要拷贝就需要调用拷贝构造函数，而因为是传值传参每次传参都是一个拷贝构造，在传参的这一步上就会无穷递归调用拷贝构造函数。

若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。默认拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝称为浅拷贝或者值拷贝。

typedef int DataType;
class Stack
{public:
	Stack(size_t capacity = 10)
	{_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
		if (nullptr == _array)
		{	perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		_size = 0;
		_capacity = capacity;
	}
	~Stack()
	{if (_array)
		{	free(_array);
			_array = nullptr;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};
int main()
{Stack s1;
	s1.Push(1);
	s1.Push(2);
	s1.Push(3);
	s1.Push(4);
	Stack s2(s1);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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。

编译器生成的默认拷贝构造函数已经课一完成字节序的值拷贝了，但是还有一些场景仅仅值拷贝是不够的，需要进行深拷贝。如第三点提到的栈，编译默认生成的拷贝构造函数只完成了浅拷贝。

此时我们再使用编译器默认生成的拷贝构造函数，当一个对象拷贝构造另一个对象通过调试发现，两个对象中的数组维护的是同一个地址，这无疑是不符合我们的要求的，我们想要的是两个互相独立且相同的对象；因此我们需要深拷贝。
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；而一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数时一定要写的，否则就是浅拷贝。

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

注意：为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用尽量使用引用。

赋值运算符重载运算符重载

首先，我们得知道运算符重载是什么。

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。

函数名为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。
函数原型如下：

返回值类型 operator操作符(参数列表)

//例子
class Date
{public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//运算符重载
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{return d1._year == d2._year
   && d1._month == d2._month
        && d1._day == d2._day;
}
int main()
{Date d1(2022, 12, 12);
	Date d2(2022, 12, 13);
	d1 == d2; 
	//也可以写成这样operator==(d1,d2);
	return 0;
}

注意：

不能通过连接其他符号来创建新的操作符，比如：operator@；
重载操作符必须有一个类类型参数；
用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置整型+，不能改变其含义；
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含的this；
.*::sizeof?:.以上5个运算符不能重载。

那么为什么需要运算符重载呢？

在C++中，一些类需要进行加减乘除的操作，而C++内置的运算符都只能用于内置类型，因此需要我们自己实现，而C++中提供了两种方式：一是用一个函数实现，二是运算符重载，与函数对比无疑运算符重载更具可读性。

赋值运算符重载

赋值运算符重载格式
- 参数类型：const T&，传引用传参可以提高传参效率；
- 返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值；
- 检测是否自己给自己赋值;
- 返回*this：要复合连续赋值的含义。
赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数，因为一般类的成员变量是私有的。

赋值运算符重载定义在类外有几个缺点：
类外不能访问类当中的私有成员变量；
可能会与编译器默认生成的赋值运算符发生冲突；
破坏封装。

用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。

注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。

在类当中，如果运算符有两个操作数只需要传一个参数，运算符左边第一个参数默认是传给this指针的。

//例子
class Date
{public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	//运算符重载
	bool operator==(const Date& d)
	{return _year == d._year
   			&& _month == d._month
        	&& _day == d._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{Date d1(2022, 12, 12);
	Date d2(2022, 12, 13);
	d1 == d2; 
	//也可以写成这样d1.operator==(d2); -->显式调用
	return 0;
}

const成员

将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。

在这里插入图片描述

取地址及const取地址操作符重载

这两个默认成员函数一般不用重新定义，编译器默认会生成。

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

这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容、又或者不想让别取地址。

日期类的实现

在类和对象这一章节，日期类是一个很好的锻炼机会，实现日期类能让我们更好地掌握理解类和对象的知识点以及其中的细节。

日期类接口

#includeclass Date
{friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);//友元函数
    friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);//友元函数
public:
    // 获取某年某月的天数
    int GetMonthDay(int year, int month);

    // 全缺省的构造函数
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1);
    // 拷贝构造函数
    // d2(d1)
    Date(const Date& d);
	//日期类打印
	void Print() const;
    // 赋值运算符重载
 	// d2 = d3 ->d2.operator=(&d2, d3)
    Date& operator=(const Date& d);
    // 析构函数
    ~Date();
    // 日期+=天数
    Date& operator+=(int day);
    // 日期+天数
    Date operator+(int day) const;
    // 日期-天数
    Date operator-(int day) const;
    // 日期-=天数
    Date& operator-=(int day);
    // 前置++
    Date & operator++();
    // 后置++
    Date operator++(int);
    // 后置--
    Date operator--(int);
    // 前置--
    Date& operator--();

    // >运算符重载
    bool operator>(const Date& d) const;
    // ==运算符重载
    bool operator==(const Date& d) const;
    // >=运算符重载
    bool operator >= (const Date& d) const;

    //<运算符重载
    bool operator< (const Date& d) const;
    //<=运算符重载
    bool operator<= (const Date& d) const;
    // !=运算符重载
    bool operator != (const Date& d) const;
    // 日期-日期 返回天数
    int operator-(const Date& d) const;
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

日期类实现获取某年某月的天数

唯一需要注意的是，每个月的天数都不是固定的，尤其是二月需要分闰年和非闰年。

// 获取某年某月的天数
int Date::GetMonthDay(int year, int month)
{static int monthday[] = {0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 	
    							31, 31, 30, 31, 30,31 };
	 //判断是否是二月且是否是闰年
    if (month == 2
        && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)))
    {return 29;;
    }
    else
    {return monthday[month];

    }
}

构造函数

这里最好写一个全缺省构造函数，这样即使不传参对象也会被初始化。

// 全缺省的构造函数
Date::Date(int year, int month, int day) //注意缺省值在声明的地方给出
{_year = year;
    _month = month;
    _day = day;
}

拷贝构造函数

拷贝构造必须是传引用传参，并且最好加上const，这样可以防止拷贝的实参被改变。

// 拷贝构造函数
//日期类可以不写拷贝构造函数，编译器默认生成的即可
Date::Date(const Date& d)
{_year = d._year;
    _month = d._month;
    _day = d._day;
}

打印日期

C++ setw() 函数用于设置字段的宽度，语法格式如下： setw(n) n 表示宽度，用数字表示。 setw() 函数只对紧接着的输出产生作用。当后面紧跟着的输出字段长度小于 n 的时候，在该字段前面用空格补齐，当输出字段长度大于 n 时，全部整体输出。
C++ 函数 std::setfill 的行为就像在流上调用 c 作为参数的成员填充，它作为操纵器插入（它可以插入到输出流上）。它用于将 c 设置为流的填充字符。

//日期类打印
void Date::Print() const
{cout<< setw(2)<< setfill('0')<< _year<< "年"<< setw(2)<< setfill('0')<< _month<< "月"<< setw(2)<< setfill('0')<< _day<< "日"<< endl;
}

赋值运算符重载

// 赋值运算符重载
// d2 = d3 ->d2.operator=(&d2, d3)
Date& Date::operator=(const Date& d)
{_year = d._year;
    _month = d._month;
    _day = d._day;

	return *this;
}

日期+=/+天数日期+=天数

按照内置类型的+=运算，+=会改变左操作数的值，并且返回运算之后的左操作数；那么在实现日期类的+=时，一要注意+=会改变左操作数的值，二要注意返回运算之后的对象。

// 日期+=天数
Date& Date::operator+=(int day)
{_day += day;

    while (_day >GetMonthDay(_year, _month)) //当前天大于本月的天数时循环继续
    {_day -= GetMonthDay(_year, _month);
        ++_month;
        
		//如果月满了，年加一
        if (_month >12)
        {_month = 1;
            ++_year;
        }
    }

    return *this;
}

日期+天数

复用日期+=天数即可，注意日期+天数并不会改变日期，而是会产生一个临时对象。

// 日期+天数
Date Date::operator+(int day) const
{Date tmp(*this);

    return tmp += day;
}

日期-=/-天数日期-=天数

式子中的日期对象会被改变，式子的值为操作之后日期类对象的值。

// 日期-=天数
Date& Date::operator-=(int day)
{_day -= day;
    //小于0表示这个月的天数已经减完
    if (_day< 0)
    {--_month;
    }

    while (_day<= 0)
    {--_month;
        _day += GetMonthDay(_year, _month);
        //月份减完，年减一
        if (_month< 1)
        {_month = 12;
            --_year;
        }
    }

    return *this;
}

日期-天数

复用日期-=天数即可。

// 日期-天数
Date Date::operator-(int day) const
{Date tmp(*this);

    return tmp -= day;
}

前置和后置(++/–)

前置和后置有所不同，前置操作并没有参数，为了和前置区分后置操作的参数多了一个int。(约定俗成)编译器在识别为后置操作时会传一个参数进去但是这个参数并没有使用只是为了区分。实现时需要注意两点：

前置需要返回操作之后的值；
后置需要返回操作之前的值。

// 前置++
Date& Date::operator++()
{return *this += 1;
}
// 后置++
Date Date::operator++(int)
{Date tmp(*this);
    *this += 1;

    return tmp;
}
// 后置--
Date Date::operator--(int)
{Date tmp(*this);
    *this -= 1;

    return tmp;
}
// 前置--
Date& Date::operator--()
{return *this -= 1;
}

比较运算符重载 ==运算符重载

==即判断日期是否相等，因此年月日都相等时返回真。

// ==运算符重载
bool Date::operator==(const Date& d) const
{return _year == d._year
        && _month == d._month
        && _day == d._day;
}

>运算符重载

比较日期大小必须从年开始比较，年大则返回真，年相等则再比较月，此时月大则返回真，若月又相等则最后比较日，日大则返回真，否则以上三种情况皆不满足返回假。

// >运算符重载
bool Date::operator>(const Date& d) const
{//大于返回真
    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;
    }

    return false;
}

其它运算符重载

写完==和>运算符其它比较大小的运算符复用即可实现。

// >=运算符重载
bool Date::operator >= (const Date& d) const
{return *this >d || *this == d;
}

//<运算符重载
bool Date::operator< (const Date& d) const
{return !(*this >= d);
}
//<=运算符重载
bool Date::operator<= (const Date& d) const
{return !(*this >d);
}
// !=运算符重载
bool Date::operator != (const Date& d) const
{return !(*this == d);
}

日期-日期

日期-日期是有意义的，比如：我想知道过去或者未来某天距离当前的天数就需要使用。日期-日期需要注意我们不知道前后日期的大小，因为日期-日期可以为负数，因此首先要区别其中的大小日期；区分了大小就很好办了，小的日期一直累加循环到等于大的日期，循环次数就是两个日期相差的天数。

// 日期-日期 返回天数
int Date::operator-(const Date& d) const
{//区分大小
    Date min = d;
    Date max = *this;
    int flag = 1;
    if (*this< d)
    {min = *this;
        max = d;
        flag = -1;
    }
    
	//计算相差天数
    int count = 0;//计数
    while (min != max)
    {++min;
        ++count;
    }

    return count*flag;
}

流插入和流提取流插入cout

方法一：
流插入重载不能写成成员函数因为重载之后左边第一个参数对象默认传给this指针，而流插入左边是cout。在后面我们会学习友元函数，即友元函数能访问类当中的所有成员。

//友元格式
friend 返回类型 函数名(参数列表);

//流插入重载
流插入是属于ostream
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{cout<< setw(2)<< setfill('0')<< d._year<< "年"<< setw(2)<< setfill('0')<< d._month<< "月"<< setw(2)<< setfill('0')<< d._day<< "日"<< endl;

    return out; //为了能连续流插入
}

方法二：
这种方式需要把是有成员变量变成公有的，会破坏封装。

inline ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{cout<< setw(2)<< setfill('0')<< d._year<< "年"<< setw(2)<< setfill('0')<< d._month<< "月"<< setw(2)<< setfill('0')<< d._day<< "日"<< endl;

    return out; //为了能连续流插入
}

流提取cin

流提取和流插入类似，最优使用友元函数。

//流提取是属于istream
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{in >>d._year >>d._month >>d._day;

    return cin; //为了能连续进行流提取
}

日期类测试

#include "Date.h"

void TestDate()
{Date d1(2022, 12, 17);
	Date d2(2022, 12, 10);
	Date d3(d1);
	Date d4;
	//d3 += 30;
	d4 = d2 - 10;
	//d2 -= 10;
	d1 = d1++;
	++d2;
	--d3;
	d4 = d4--;
	d1.Print();
	d2.Print();
	d3.Print();
	d4.Print();

}

void TestDateCompare()
{Date d1(2021, 12, 17);
	Date d2(2022, 12, 10);
	Date d3(d1);
	Date d4(2019, 9, 8);
	if (d1 == d3)
	{cout<< "=="<< endl;
	}
	if (d1 >= d3)
	{cout<< ">="<< endl;
	}
	if (d1<= d3)
	{cout<< "<="<< endl;
	}

	cout<< d4 - d1<< endl;
}

void TestCoutCin()
{Date d1;
	Date d2;

	cin >>d1 >>d2;
	cout<< d1<< d2;
}

int main()
{TestDateCompare();
	TestDate();
	TestCoutCin()
	return 0;
}

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