C++类与对象的重点知识点详细分析

时间:2023-03-20 Ggggggtm 人气:0

一、类的六个默认成员函数详解

我们这里接着C++类与对象的基础知识点详细分析来写。C++类和对象概念及实现详解上篇中我们重点解释了类的储存方式、类和对象的概念、this指针、构造函数、析构函数。这篇文章我们主要对剩余的四个默认成员函数拷贝构造、赋值运算符重载、普通对象取地址、const对象取地址，以及运算符重载、友元函数、static成员等重点内容进行详解。

1、拷贝构造

1.1 拷贝构造的引入及概念

我们想象一下：在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一摸一样的新对象呢？答案是可以的。那怎么创建一个一样的新对象呢？是自己对新对象初始化吗？其实是不用的。C++在这里提供了一个默认的成员函数，也就是拷贝构造，来完成创建一个新的一摸一样的对象。我们先来看一下拷贝构造的概念。

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。

1.2 拷贝构造函数的特征

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类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。
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。
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，但是要注意的是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。
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。

特征2中提到，形参必须是类类型对象的引用，使用传值的话为什么会引发我穷递归呢？因为我们传的实参是自定义类，传值的形参初始化是实参调用拷贝构造函数完成的。下一个拷贝构造函数形参初始化又要调用拷贝构造函数，所以会无限递归。

特征3需要注意的是：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。我们结合着以下代码理解一下。

class Time
{
public:
    Time()
    {
        _hour = 1;
        _minute = 1;
        _second = 1;
    }
    Time(const Time& t)
    {
        _hour = t._hour;
        _minute = t._minute;
        _second = t._second;
        cout << "Time::Time(const Time&)" << endl;
    }
private:
    int _hour;
    int _minute;
    int _second;
};
class Date
{
private:
    // 基本类型(内置类型)
    int _year = 1970;
    int _month = 1;
    int _day = 1;
    // 自定义类型
    Time _t;
};
int main()
{
    Date d1;
    // 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数
    // 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构
    // 造函数,_t为自定义类型，会自动调用自己的构造函数完成拷贝
    Date d2(d1);
    return 0;
}

2、赋值运算符重载

2.1 运算符重载

在学习赋值运算符重载时，我们先学习一下运算符重载。

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)。

运算符重载有五个需要注意的点：

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：内置的整型+，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藏的this；
.* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。

大家可结合下面的例子来理解一下运算符重载。

class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
    {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
    }
// bool operator==(Date* this, const Date& d2)
// 这里需要注意的是，左操作数是this，指向调用函数的对象
bool operator==(const Date& d2)
{
    return _year == d2._year;
    && _month == d2._month
    && _day == d2._day;
}
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};
void Test ()
{
    Date d1(2022, 12, 26);
    Date d2(2022, 12, 27);
    cout<<(d1 == d2)<<endl;
}

2.2 赋值运算符重载

赋值运算符重载格式：

参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率；
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。

结合下面代码理解。

class Date
{
public :
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
    Date (const Date& d)
    {
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
    }
    Date& operator=(const Date& d)
    {
        if(this != &d)//判断是否自己给自己复制
        {
            _year = d._year;
            _month = d._month;
            _day = d._day;
        }
        return *this;
    }
private:
    int _year ;
    int _month ;
    int _day ;
};

这里还有需要注意的是2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。为什么呢？原因是赋值运算符如果在类中不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。

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（浅拷贝）。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。

3、普通对象取地址

普通对象取地址默认成员函数一般不用重新定义，编译器默认会生成。一般编译器自动生成的基本上会满足我们的需求。理解起来也很简单，我们直接看代码。

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

我们这里直接返回this指针即可。

4、const对象取地址

const对象取地址与普通对象取地址大同小异，const修饰的对象内容不可被更改，所以我们传址的时候需要加上const修饰形参指针。我们直接看代码。

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

普通对象取地址、const对象取地址这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成要重载，比如想让别人获取到指定的内容（返回空指针）！

二、类和对象重点知识点

1、初始化列表

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

虽然上述构造函数调用之后，对象中已经有了一个初始值，但是不能将其称为对对象中成员变量的初始化，构造函数体中的语句只能将其称为赋初值，而不能称作初始化。因为初始化只能初始化一次，而构造函数体内可以多次赋值

那对象的成员变量是在哪里初始化的呢？是在构造函数的初始化列表进行的。

初始化列表：以一个冒号开始，接着是一个以逗号分隔的数据成员列表，每个"成员变量"后面跟一个放在括号中的初始值或表达式。我们结合下面代码理解。

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

初始化列表需要注意的几点：

每个成员变量在初始化列表中只能出现一次(初始化只能初始化一次)；
引用成员变量、const成员变量、自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时) ，这三个成员变量必须放在初始化列表位置进行初始化；
尽量使用初始化列表初始化，因为不管你是否使用初始化列表，对于自定义类型成员变量，一定会先使用初始化列表初始化。
成员变量在类中声明次序就是其在初始化列表中的初始化顺序，与其在初始化列表中的先后次序无关。

2、static成员

声明为static的类成员称为类的静态成员，用static修饰的成员变量，称之为静态成员变量；用static修饰的成员函数，称之为静态成员函数。静态成员变量一定要在类外进行初始化

static修饰特征：

静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，存放在静态区；
静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字，类中只是声明；
类静态成员即可用类名::静态成员或者对象.静态成员来访问；
静态成员函数没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员；
静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制。

3、友元函数

我们都知道在类的外面是不能访问私有成员的。那要是我们在类外面定义的函数必须要调用类的私有成员呢？这里C++提供了友元函数。

友元函数可以直接访问类的私有成员，它是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但需要在类的内部声明，声明时需要加friend关键字。

例如当我们实现运算符'>>'和‘<<’的重载时就使用到了友元函数，我们看下面代码。

class Date
{
    friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
    friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
    : _year(year)
    , _month(month)
    , _day(day)
    {}
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
    _cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
    return _cout;
}
istream& operator>>(istream& _cin, Date& d)
{
    _cin >> d._year;
    _cin >> d._month;
    _cin >> d._day;
    return _cin;
}
int main()
{
    Date d;
    cin >> d;
    cout << d << endl;
    return 0;
}

友元函数说明：

友元函数可访问类的私有和保护成员，但不是类的成员函数；
友元函数不能用const修饰；
友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制；
一个函数可以是多个类的友元函数；
友元函数的调用与普通函数的调用原理相同。

4、友元类

友元类的所有成员函数都可以是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的非公有成员。

友元关系是单向的，不具有交换性。
比如上述Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，那么可以在Date类中直接
访问Time类的私有成员变量，但想在Time类中访问Date类中私有的成员变量则不行。
友元关系不能传递
如果C是B的友元， B是A的友元，则不能说明C时A的友元。

class Time
{
    friend class Date; // 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类
                       // 中的私有成员变量
public:
    Time(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0)
    : _hour(hour)
    , _minute(minute)
    , _second(second)
    {}
private:
    int _hour;
    int _minute;
    int _second;
};
class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
    : _year(year)
    , _month(month)
    , _day(day)
    {}
    void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
    {
        // 直接访问时间类私有的成员变量
        _t._hour = hour;
        _t._minute = minute;
        _t._second = second;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
    Time _t;
};

总结

类和对象细节较多，也是相对来叔十分重要的一部分，需要我们重点但掌握六个默认成员函数、类和对象的基本定义、this指针、static成员、初始化列表、友元函数和友元类。反复学习达到熟能生巧。

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