C++类与对象，构造函数，析构函数，拷贝构造函数

所属专栏：C“嘎嘎" 系统学习❤️
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1. 类的6个默认成员对象

• 如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。
  空类中真的什么都没有吗？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

class Date { };
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2. 构造函数

2.1 概念

对于以下Date类：

class Date
{
public:
	void Init(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);
	d1.Print();
	Date d2;
	d2.Init(2022, 7, 6);
	d2.Print();
	return 0;
}
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• 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？

• 于是我们就有了构造函数，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

2.2 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。

class Date
{
public:
	//构造函数：
	//1.函数名和类名相同
	//2.无返回类型
	//3.自动调用
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	//4.支持重载
	Date(double year, double month, double 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(2023, 10, 24);
	d1.Print();

	Date d2(2022.0,10.0, 24.0);
	d2.Print();
	
	return 0;
}
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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。

class Date
{
public:
	/*
	// 如果用户显式定义了构造函数，编译器将不再生成
	// 就是一句话，有你没我，有我没你

	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()
{
	// 将Date类中构造函数屏蔽后，代码可以通过编译，因为编译器生成了一个无参的默认构造函数
	// 将Date类中构造函数放开，代码编译失败，因为一旦显式定义任何构造函数，编译器将不再生成
	// 无参构造函数，放开后报错：error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可用
	
	Date d1;
	//注意：这里无参构造不能写成Date d1（）这个括号不能有
	//因为会与函数声明混淆。
	return 0;
}
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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？d对象调用了编译器生成的默
   认构造函数，但是d对象_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。也就是说成员类型是自定义的类型，会调用自定义类型的构函数。

• 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，就有点类似于我们之前的缺省参数。

class Time
{
public:
	Time()
	{
		cout << "Time()" << endl;
		_hour = 0;
		_minute = 0;
		_second = 0;
	}
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 d;
	return 0;
}
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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。

class Date
{
public:
	Date()
	{
		_year = 1900;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
int  main()
{
	Date d1;
	return 0;
}
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答案是不能，因为这里当我们没有传任何参数的时候，不知道是该调用哪一个。

3. 析构函数

3.1 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

3.2 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
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

class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "构造函数调用" << endl;
		_year = 1900;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}

	//1. 析构函数名与类名相同，但是前面要加上~
	//2. 无参数无返回类型
	//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
	//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
	~Date()
	{
		cout << "析构函数调用" << endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
int  main()
{
	Date d1;
	return 0;
}
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接下来我们看一下这段代码：

class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "构造函数调用" << endl;
		_a = 1;
		_b = (int*)malloc(sizeof(int));
	}

	~Date()
	{
		cout << "析构函数调用" << endl;
		free(_b);//释放malloc出来的空间
		_b = nullptr;
	}

private:
	int _a;
	int* _b;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
int  main()
{
	Date d1;
	return 0;
}
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5. 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。

class Time
{
public:
	~Time()
	{
		cout << "~Time()" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 2023;
	int _month = 10;
	int _day = 24;
	// 自定义类型
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}
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程序运行结束后输出：~Time()
在main方法中根本没有直接创建Time类的对象，为什么最后会调用Time类的析构函数？
因为：main方法中创建了Date对象d，而d中包含4个成员变量，其中_year, _month,_day三个是
内置类型成员，销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可；而_t是Time类对象，所以在
d销毁时，要将其内部包含的Time类的_t对象销毁，所以要调用Time类的析构函数。但是：main函数
中不能直接调用Time类的析构函数，实际要释放的是Date类对象，所以编译器会调用Date类的析构函
数，而Date没有显式提供，则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数，目的是在其内部调用Time
类的析构函数，即当Date对象销毁时，要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁
main函数中并没有直接调用Time类析构函数，而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数
注意：创建哪个类的对象则调用该类的析构函数，销毁那个类的对象则调用该类的析构函数

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

4. 拷贝构造函数

4.1 概念

• 在现实生活中，可能存在一个与你一样的自己，我们称其为双胞胎。
  那在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢？
  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。

4.2 特性

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，使用传值方式编译器直接报错，
   因为会引发无穷递归调用。

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// Date(const Date& d) // 正确写法
	Date(const Date& d) // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	Date d2(d1);
	return 0;
}
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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。

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
	Date d2(d1);
	return 0;
}
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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，还需要自己显式实现吗？
   当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢？验证一下试试？

class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "构造函数调用" << endl;
		_b = 1;
		_a = (int*)malloc(sizeof(int));
	}

	~Date()
	{
		cout << "析构函数调用" << endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
	}

private:
	int _b;
	int* _a;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
int  main()
{
	Date d1;
	return 0;
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这里我们类成员变成了指针，我们构造的时候在堆区开辟了一块空间，这个时候我们在进行拷贝，而我们又没有自行写一个拷贝构造函数，这个时候会自动调用默认拷贝构造，而默认拷贝构造是值拷贝，也就是浅拷贝：

//这个就是编译器默认的拷贝构造
Date (const Data& d)
{
	_d = d;
}
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但是这个时候就出现问题了，就是在析构函数释放空间的时候。

所以这个时候我们就要手动的写一个拷贝构造函数。

class Date
{
public:
	Date()
	{
		cout << "构造函数调用" << endl;
		_b = 1;
		_a = (int*)malloc(sizeof(int));
	}

	Date(const Date& d)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int));

		*_a = *(d._a);
		_b = d._b;
	}

	~Date()
	{
		cout << "析构函数调用" << endl;
		free(_a);
		_a = nullptr;
	}

private:
	int _b;
	int* _a;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
int  main()
{
	Date d1;
	return 0;
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• 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：
   1.使用已存在对象创建新对象
   2.函数参数类型为类类型对象
   3.函数返回值类型为类类型对象

注：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，就是避免多次拷贝构造，既费时又费空间。