C++ 对象的构造
清风自在 流水潺潺 人气:0一、对象的构造(上)
1.1 对象的初始值
问题:对象中成员变量的初始值是多少?
下面的类定义中成员变量 i 和 j 的初始值为多少?
下面看一段成员变量初始值的代码:
#include<stdio.h> class Test { private: int i; int j; public: int getI() {return i;} int getJ() {return j;} }; Test gt; int main() { printf("gt.i = %d\n", gt.getI()); printf("gt.j = %d\n", gt.getJ()); Test t1; printf("t1.i = %d\n", t1.getI()); printf("t1.j = %d\n", t1.getJ()); Test* pt = new Test; printf("pt->i = %d\n", pt->getI()); printf("pt->j = %d\n", pt->getJ()); delete pt; return 0; }
下面为输出结果:
对象t1 所占用的存储空间在栈上面,而且成员变量 i 和 j 也没有明确的初始值,所以初始值就不定。对象 gt 所占用的存储空间在全局数据区,所以初始值统一为 0。
Test* pt = new Test;意味着在堆空间中生成一个 Test 对象,虽然 pt->i 和 pt->j 均为 0,这只是巧合罢了,因为在堆上创建对象时,成员变量初始为随机值。
注:类得到的其实是数据类型,所以说通过这种数据类型在全局数据区、栈和堆上面都能够生成对象。
1.2 对象的初始化
从程序设计的角度,对象只是变量,因此:
- 在栈上创建对象时,成员变量初始为随机值
- 在堆上创建对象时,成员变量初始为随机值
- 在静态存储区创建对象时,成员变量初始为 0 值
生活中的对象都是在初始化后上市的
初始状态(出厂设置)是对象普遍存在的一个状态
—股而言,对象都需要—个确定的初始状态
解决方案
- 在类中提供一个 public 的 initialize 函数
- 对象创建后立即调用 initialize 函数进行初始化
如下:
下面看一段初始化函数的代码:
#include<stdio.h> class Test { private: int i; int j; public: int getI() {return i;} int getJ() {return j;} void initialize() { i = 1; j = 2; } }; Test gt; int main() { gt.initialize(); printf("gt.i = %d\n", gt.getI()); printf("gt.j = %d\n", gt.getJ()); Test t1; t1.initialize(); printf("t1.i = %d\n", t1.getI()); printf("t1.j = %d\n", t1.getJ()); Test* pt = new Test; pt->initialize(); printf("pt->i = %d\n", pt->getI()); printf("pt->j = %d\n", pt->getJ()); delete pt; return 0; }
下面为输出结果:
存在的问题
- initialize 只是一个普通函数,必须显示调用
- 如果未调用 initialize 函数,运行结果是不确定的
下面为解决办法:
C++中可以定义与类名相同的特殊成员函数
这种特殊的成员函数叫做构造函数
- 构造没有任何返回类型的声明
- 构造函数在对象定义时自动被调用
下面来体验一下构造函数:
#include<stdio.h> class Test { private: int i; int j; public: int getI() {return i;} int getJ() {return j;} Test() { printf("Test() Begin\n"); i = 1; j = 2; printf("Test() End\n"); } }; Test gt; int main() { printf("gt.i = %d\n", gt.getI()); printf("gt.j = %d\n", gt.getJ()); Test t1; printf("t1.i = %d\n", t1.getI()); printf("t1.j = %d\n", t1.getJ()); Test* pt = new Test; printf("pt->i = %d\n", pt->getI()); printf("pt->j = %d\n", pt->getJ()); delete pt; return 0; }
下面为输出结果:
可以看到,Test() Begin 和 Test() End 出现了三次,也就是说,Test() 这个构造函数被调用了三次,这是因为创建了三个对象。
1.3 小结
- 每个对象在使用之前都应该初始化
- 类的构造函数用于对象的初始化
- 构造函数与类同名并且没有返回值
- 构造函数在对象定义时自动被调用
二、对象的构造(中)
2.1 构造函数
带有参数的构造函数
- 构造函数可以根据需要定义参数
- 一个类中可以存在多个重载的构造函数
- 构造函数的重载遵循 C++ 重载的规则
如下:
友情提醒
对象定义和对象声明不同
- 对象定义--申请对象的空间并调用构造函数
- 对象声明--告诉编译器存在这样一个对象
如下:
构造函数的自动调用
如下:
下面看一段带参数的构造函数的代码:
#include <stdio.h> class Test { public: Test() { printf("Test()\n"); } Test(int v) { printf("Test(int v), v = %d\n", v); } }; int main() { Test t; // 调用 Test() Test t1(1); // 调用 Test(int v) Test t2 = 2; // 调用 Test(int v) return 0; }
下面为输出结果,和预想中的一致。
这里需要明确一个问题,int i = 1;与 int i; i = 1;的不同。前者是初始化,后者是先定义,再赋值。后者由于定义 i 时没有初始化,所以 i 的值时随机的。C语言中这两者差别很小,但是在 C++ 中两者差异很大。差别在于在 C++ 中初始化会调用构造函数。下面看一个例子,在上述代码的基础上加一行代码 t = t2;
#include <stdio.h> class Test { public: Test() { printf("Test()\n"); } Test(int v) { printf("Test(int v), v = %d\n", v); } }; int main() { Test t; // 调用 Test() Test t1(1); // 调用 Test(int v) Test t2 = 2; // 调用 Test(int v) t = t2; return 0; }
下面为输出结果,可以看到与上面的代码输出结果一模一样。这就因为 C++ 中初始化和赋值不同,初始化会调用构造函数,赋值的时候则不用。
下面再看一个例子:
#include <stdio.h> class Test { public: Test() { printf("Test()\n"); } Test(int v) { printf("Test(int v), v = %d\n", v); } }; int main() { Test t; // 调用 Test() Test t1(1); // 调用 Test(int v) Test t2 = 2; // 调用 Test(int v) int i(100); printf("i = %d\n", i); return 0; }
下面为输出结果:
构造函数的调用
- 一般情况下,构造函数在对象定义时被自动调用
- —些特殊情况下,需要手工调用构造函数
下面看一段构造函数手动调用的代码:
#include <stdio.h> class Test { private: int m_value; public: Test() { printf("Test()\n"); m_value = 0; } Test(int v) { printf("Test(int v), v = %d\n", v); m_value = v; } int getValue() { return m_value; } }; int main() { Test ta[3] = {Test(), Test(1), Test(2)}; for (int i = 0; i < 3; i++) { printf("ta[%d].getValue() = %d\n", i, ta[i].getValue()); } Test t = Test(100); printf("t.getValue() = %d\n", t.getValue()); return 0; }
下面为输出结果,可以看到,Test(1)、Test(2) 和 Test(100) 均为手动调用构造函数。
2.2小实例
需求:开发一个数组类解决原生数组的安全性问题
- 提供函数获取数组长度
- 提供函数获取数组元素
- 提供函数设置数组元素
IntArray.h:
#ifndef _INTARRAY_H_ #define _INTARRAY_H_ class IntArray { private: int m_length; int* m_pointer; public: IntArray(int len); int length(); bool get(int index, int& value); bool set(int index ,int value); void free(); }; #endif
IntArray.cpp:
#include "IntArray.h" IntArray::IntArray(int len) { m_pointer = new int[len]; for (int i = 0; i < len; i++) { m_pointer[i] = 0; } m_length = len; } int IntArray::length() { return m_length; } bool IntArray::get(int index, int& value) { bool ret = (0 <= index) && (index < length()); if( ret ) { value = m_pointer[index]; } return ret; } bool IntArray::set(int index, int value) { bool ret = (0 <= index) && (index < length()); if( ret ) { m_pointer[index] = value; } return ret; } void IntArray::free() { delete[]m_pointer; }
main.cpp:
#include <stdio.h> #include "IntArray.h" int main() { IntArray a(5); for (int i = 0; i < a.length(); i++) { a.set(i, i + 1); } for (int i = 0; i < a .length(); i++) { int value = 0; if( a.get(i, value) ) { printf("a[%d] = %d\n", i, value); } } a.free(); return 0; }
下面为输出结果:
这样写出来的数组很安全,没有数组越界问题。
2.3 小结
- 构造函数可以根据需要定义参数
- 构造函数之间可以存在重载关系
- 构造函数遵循 C++ 中重载函数的规则
- 对象定义时会触发构造函数的调用
- 在一些情况下可以手动调用构造函数
三、对象的构造(下)
3.1 特殊的构造函数
两个特殊的构造函数
无参构造函数
- 没有参数的构造函数
- 当类中没有定义构造函数时,编译器默认提供一个无参构造函数,并且其函数体为空
拷贝构造函数
- 参数为 const class_name& 的构造函数
- 当类中没有定义拷贝构造函数时,编译器默认提供一个拷贝构造函数,简单的进行成员变量的值复制
下面看一段无参数构造函数的代码(代码3-1):
#include <stdio.h> class Test { private: int i; int j; public: int getI() { return i; } int getJ() { return j; } }; int main() { Test t; return 0; }
可以看到,编译通过:
创建一个类的对象必须要调用构造函数,为什么能够编译通过呢?这是因为编译器在发现我们没有定义构造函数时,会默认提供一个无参构造函数,等效如(代码3-2):
#include <stdio.h> class Test { private: int i; int j; public: int getI() { return i; } int getJ() { return j; } Test() { } }; int main() { Test t; return 0; }
小贴士:所以说,class T { }; 里面不是什么都没有,里面至少有一个无参构造函数。
下面再来看一段代码(代码3-3):
#include <stdio.h> class Test { private: int i; int j; public: int getI() { return i; } int getJ() { return j; } }; int main() { Test t1; Test t2 = t1; printf("t1.i = %d, t1.j = %d\n", t1.getI(), t1.getJ()); printf("t2.i = %d, t2.j = %d\n", t2.getI(), t2.getJ()); return 0; }
下面为输出结果:
这里的 i 和 j 打印出来的都是随机值,这是因为类里面没有手工编写的构造函数,所以 t1 和 t2 所采用的就是编译器提供的默认无参构造函数构造的,编译器提供的无参构造函数为空,所以 i 和 j 的值就是随机的。
上述代码就相当于(代码3-4):
#include <stdio.h> class Test { private: int i; int j; public: int getI() { return i; } int getJ() { return j; } Test(const Test& t) { i = t.i; j = t.j; } }; int main() { Test t1; Test t2 = t1; printf("t1.i = %d, t1.j = %d\n", t1.getI(), t1.getJ()); printf("t2.i = %d, t2.j = %d\n", t2.getI(), t2.getJ()); return 0; }
但是编译的时候会报错:
这是因为在类里面没有编写任何构造函数时,编译器才提供默认的无参构造函数。这里手工编写了一个拷贝构造函数,编译器就不会提供默认的无参构造函数,需要自己把无参构造函数加上。
如下,自己加上无参构造函数(代码3-5):
#include <stdio.h> class Test { private: int i; int j; public: int getI() { return i; } int getJ() { return j; } Test(const Test& t) { i = t.i; j = t.j; } Test() { } }; int main() { Test t1; Test t2 = t1; printf("t1.i = %d, t1.j = %d\n", t1.getI(), t1.getJ()); printf("t2.i = %d, t2.j = %d\n", t2.getI(), t2.getJ()); return 0; }
这样就能编译通过了,而且效果跟代码3-3的相同:
3.2 拷贝构造函数
拷贝构造函数的意义
兼容C语言的初始化方式
初始化行为能够符合预期的逻辑
浅拷贝
- 拷贝后对象的物理状态相同(物理状态指的是对象占据的内存当中每个字节是否相等,如代码3-6)
深拷贝
- 拷贝后对象的逻辑状态相同(逻辑状态指的是指针所指向的内存空间的值是否相同,如代码3-9)
注:编译器提供的拷贝构造函数只进行浅拷贝!
下面看一段代码(代码3-6):
#include <stdio.h> class Test { private: int i; int j; int* p; public: int getI() { return i; } int getJ() { return j; } int* getP() { return p; } Test(int v) { i = 1; j = 2; p = new int; *p = v; } }; int main() { Test t1(3); Test t2 = t1; printf("t1.i = %d, t1.j = %d, t1.p = %p\n", t1.getI(), t1.getJ(), t1.getP()); printf("t2.i = %d, t2.j = %d, t2.p = %p\n", t2.getI(), t2.getJ(), t2.getP()); return 0; }
下面为输出结果:
这段程序的第一个问题就是 t1 和 t2 的 p 指针都指向同一个堆空间中的地址,第二个问题就是申请了内存并没有释放,会造成内存泄漏。
下面加上释放内存的代码(代码3-7):
#include <stdio.h> class Test { private: int i; int j; int* p; public: int getI() { return i; } int getJ() { return j; } int* getP() { return p; } Test(int v) { i = 1; j = 2; p = new int; *p = v; } void free() { delete p; } }; int main() { Test t1(3); Test t2 = t1; printf("t1.i = %d, t1.j = %d, t1.p = %p\n", t1.getI(), t1.getJ(), t1.getP()); printf("t2.i = %d, t2.j = %d, t2.p = %p\n", t2.getI(), t2.getJ(), t2.getP()); t1.free(); t2.free(); return 0; }
下面为输出结果,编译能通过,但是运行时发生了错误,释放了两次堆空间的内存:
下面为解决方法(代码3-8):
#include <stdio.h> class Test { private: int i; int j; int* p; public: int getI() { return i; } int getJ() { return j; } int* getP() { return p; } Test(const Test& t) { i = t.i; j = t.j; p = new int; *p = *t.p; } Test(int v) { i = 1; j = 2; p = new int; *p = v; } void free() { delete p; } }; int main() { Test t1(3); Test t2(t1); printf("t1.i = %d, t1.j = %d, t1.p = %p\n", t1.getI(), t1.getJ(), t1.getP()); printf("t2.i = %d, t2.j = %d, t2.p = %p\n", t2.getI(), t2.getJ(), t2.getP()); t1.free(); t2.free(); return 0; }
下面为输出结果,可以到 t1 和 t2 的 p 指针分别指向不同的堆空间地址:
如果我们看一下逻辑状态,也就是 *t1.p 和 *t2.p 的值,代码如下(代码3-9):
#include <stdio.h> class Test { private: int i; int j; int* p; public: int getI() { return i; } int getJ() { return j; } int* getP() { return p; } Test(const Test& t) { i = t.i; j = t.j; p = new int; *p = *t.p; } Test(int v) { i = 1; j = 2; p = new int; *p = v; } void free() { delete p; } }; int main() { Test t1(3); Test t2(t1); printf("t1.i = %d, t1.j = %d, t1.p = %p\n", t1.getI(), t1.getJ(), t1.getP()); printf("t2.i = %d, t2.j = %d, t2.p = %p\n", t2.getI(), t2.getJ(), t2.getP()); t1.free(); t2.free(); return 0; }
下面为输出结果,可以看到 *t1.p 和 *t2.p 的值相同,也就是说逻辑状态相同,这就叫做深拷贝。
什么时候需要进行深拷贝?
对象中有成员指代了系统中的资源
- 成员指向了动态内存空间
- 成员打开了外存中的文件
- 成员使用了系统中的网络端口
- ......
问题分析
下面就是浅拷贝:
一般性原则
自定义拷贝构造函数,必然需要实现深拷贝!!!
下面看一个使用深拷贝,对前面数组的代码进行改造。
IntArray.h:
#ifndef _INTARRAY_H_ #define _INTARRAY_H_ class IntArray { private: int m_length; int* m_pointer; public: IntArray(int len); IntArray(const IntArray& obj); int length(); bool get(int index, int& value); bool set(int index ,int value); void free(); }; #endif
IntArray.cpp:
#include "IntArray.h" IntArray::IntArray(int len) { m_pointer = new int[len]; for (int i = 0; i < len; i++) { m_pointer[i] = 0; } m_length = len; } IntArray::IntArray(const IntArray& obj) { m_length = obj.m_length; m_pointer = new int[obj.m_length]; for (int i = 0; i < obj.m_length; i++) { m_pointer[i] = obj.m_pointer[i]; } } int IntArray::length() { return m_length; } bool IntArray::get(int index, int& value) { bool ret = (0 <= index) && (index < length()); if( ret ) { value = m_pointer[index]; } return ret; } bool IntArray::set(int index, int value) { bool ret = (0 <= index) && (index < length()); if( ret ) { m_pointer[index] = value; } return ret; } void IntArray::free() { delete[]m_pointer; }
main.cpp:
#include <stdio.h> #include "IntArray.h" int main() { IntArray a(5); for (int i = 0; i < a.length(); i++) { a.set(i, i + 1); } for (int i = 0; i < a.length(); i++) { int value = 0; if( a.get(i, value) ) { printf("a[%d] = %d\n", i, value); } } IntArray b = a; for (int i = 0; i < b.length(); i++) { int value = 0; if( b.get(i, value) ) { printf("b[%d] = %d\n", i, value); } } a.free(); b.free(); return 0; }
下面为输出结果:
可以看到 b 数组里面的元素与 a 数组里面的元素相同,这就是深拷贝构造函数的结果。
3.3 小结
C++ 编译器会默认提供构造函数
无参构造函数用于定义对象的默认初始状态
拷贝构造函数在创建对象时拷贝对象的状态
对象的拷贝有浅拷贝和深拷贝两种方式
- 浅拷贝使得对象的物理状态相同
- 深拷贝使得对象的逻辑状态相同
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