类和对象
一.类的默认成员函数
默认成员函数就是用户不用实现的函数，编译器会自动生成的成员函数。类中编译器会默认生成6个默认成员函数。C++11之后还增加两个默认成员函数，移动构造和移动赋值。
从两个方面去学习：
-
我们不写时，编译器默认生成的函数行为是什么，是否满足我们的需求。
-
编译器默认生成的函数不满足我们的需求，我们需要自己实现，那么如何自己实现？
二.构造函数
构造函数是特殊的成员函数，构造函数的主要任务并不是开空间创建对象(我们常使用的局部对象在栈帧创建时，空间就开好了)，而是对象实例化时初始化对象。构造函数自动调用的特点就完美的替代的了初始化操作（Init函数），比如顺序表的初始化。
构造函数的特点：
-
函数名与类名相同。
-
无返回值，也不需要写void。
-
对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。
-
构造函数可以重载。
重点：
-
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，一但用户显式定义编译器将不再生成。
-
默认构造（不传实参就可以调用的构造函数）：自己写的无参构造函数、全缺省构造函数、编译器提供的无参构造函数。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。 -
全缺省构造函数与有参构造函数不能共存，否则重定义。
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//1.无参构造函数
Date()
{
_year = 2024;
_month = 7;
_day = 16;
}
//2.有参构造函数
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//3.全缺省构造函数
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << this->_year << "/" << this->_month << "/" << this->_day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
//Date d1;
//d1.Print();
//注意：调用无参构造函数不能加括号 ————> Date d1();与函数声明无法区分
//Date d2(2024, 7, 16);
//d2.Print();
//Date d3(2024);
//d3.Print();
return 0;
}
- 不写构造函数，编译器默认生成的构造函数，对内置类型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（例如：类的嵌套），要求调用这个成员变量的默认构造函数初始化。如果这个成员变量，没有默认构造（自己写的默认构造），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，初始化列表。
说明：C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型：int/char/double/指针等；自定义类型：class/struct等关键字自己定义的类型。
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
//全缺省（也算默认构造）
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
//两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
//编译器默认生成MyQueue的构造函数调用了Stack的构造函数，完成了两个Stack成员类的初始化
MyQueue mq;
return 0;
}
三.析构函数
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，比如局部对象是存在栈帧的中的，函数结束栈帧销毁，就释放了，不需要我们管。C++规定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释放工作（堆区：动态开辟的空间）。析构函数的功能类比我们之前Stack实现的Destroy功能，而像Date没有Destroy，其实就是没有资源需要释放，所以严格说Date是不需要析构函数的。
析构函数的特点：
-
析构函数名是在类名前加上字符
~。 -
无参数无返回值，也不需要加void。
-
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。
-
对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数。
-
与构造函数类似，不写析构函数，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他的析构函数。
-
还需要注意的是我们写析构函数，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析构函数。
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
//全缺省（也算默认构造）
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
~Stack()
{
//程序结束前自动调用析构函数，释放堆区动态开辟的空间
free(_a);
_a = nullptr;
_capacity = _top = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
//即使写了MyQueue的析构函数，程序结束时调用MyQueue析构函数的同时也会调用Stack的析构函数
/*~MyQueue()
{
cout << "~MyQueue()" << endl;
}*/
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
//编译器默认生成MyQueue的构造函数调用了Stack的构造函数，完成了两个Stack成员类的初始化
//编译器默认生成MyQueue的析构函数调用了Stack的析构函数，释放了两个Stack成员类内部的资源
MyQueue mq;
return 0;
}
-
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。
-
一个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。
注意：先实例化的对象先构造，后实例化的对象先析构，原因是：栈的先进后出。
四.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贝构造函数，也就是说拷贝构造是一个特殊的构造函数。
拷贝构造的特点：
-
拷贝构造函数是构造函数的一个重载。
-
拷贝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。
-
C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这里自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造完成。
-
若未显式定义拷贝构造，编译器会自动生成拷贝构造函数。自动生成的拷贝构造对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(一个字节一个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的拷贝构造。
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//拷贝构造函数
Date(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void Func(Date d)
{
cout << &d << endl;
d.Print();
}
int main()
{
Date d1(2024, 7, 18);
Date d2(d1);
//C++规定，传值传参会调用拷贝构造
Func(d1);//先调用拷贝构造，再调用Func函数
return 0;
}
- 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贝构造就可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显示实现拷贝构造。但是像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贝构造完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。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贝构造会调用Stack的拷贝构造，也不需要我们显示实现MyQueue的拷贝构造。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，那么他就需要显示写拷贝构造，否则就不需要。
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
Stack(const Stack& st)
{
//需要对_a指向资源创建同样大的资源再拷贝值————>深拷贝
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);
_top = st._top;
_capacity = st._capacity;
}
void Push(STDataType x)
{
if (_top == _capacity)
{
int newcapacity = _capacity * 2;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity *
sizeof(STDataType));
if (tmp == NULL)
{
perror("realloc fail");
return;
}
_a = tmp;
_capacity = newcapacity;
}
_a[_top++] = x;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
//两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
//......
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
Stack st1;
st1.Push(1);
st1.Push(2);
//Stack不显示实现拷贝构造，用自动生成的拷贝构造完成浅拷贝
//会导致st1和st2里面的_a指针指向同一块资源，析构时会析构两次，程序崩溃
Stack st2 = st1;//Stack st2(st1);
MyQueue mq1;
//MyQueue自动生成的拷贝构造，会自动调用Stack拷贝构造完成pushst/popst的拷贝，
//只要Stack拷贝构造自己实现了深拷贝，他就没问题
MyQueue mq2 = mq1;
return 0;
}
- 传值返回会产生一个临时对象调用拷贝构造，传值引用返回，返回的是返回对象的别名(引用)，没有产生拷贝。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，这时的引用相当于野引用，类似野指针。传引用返回可以减少拷贝，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。
五.运算符重载
-
当运算符被用于类类型的对象时，C++语言允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。C++规定类类型对象使用运算符时，必须转换成调用对应运算符重载，若没有对应的运算符重载则会编译报错。
-
运算符重载是具有特名字的函数，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。
-
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。一元运算符有一个参数，⼆元运算符有两个参数，⼆元运算符的左侧运算对象传给第⼀个参数，右侧运算对象传给第⼆个参数。
-
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。
-
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。（重点：面试常考可以背一下） -
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： int
operator+(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。
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
//friend bool operator==(Date d1, Date d2);全局函数做友元
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
int GetYear()
{
return _year;
}
bool operator==(Date d1)
{
return _year == d1._year
&& _month == d1._month
&& _day == d1._day;
}
//日期+天数————>返回日期
Date operator+(int day);
//日期-天数————>返回日期
Date operator-(int day);
//日期+日期————>返回天数
int operator-(const Date& d);
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
//重载为全局的面临对象访问私有成员变量的问题
//bool operator==(Date d1, Date d2)
//{
// return d1._year == d2._year
// && d1._month == d2._month
// && d1._day == d2._day;
//}
//有4中解决方案：
//1、成员变量设置为公有
//2、Date提供getxxx函数
//3、友元函数
//4、重载为成员函数
int main()
{
Date x1(2024, 7, 18);
Date x2(2024, 7, 18);
x1 == x2;//全局函数的本质：operator==(x1, x2);
x1 == x2;//成员函数的本质：x1.operator==(x2);
return 0;
}
-
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，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。
六.赋值运算符重载
赋值运算符重载是一个默认成员函数，用于完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值，这里要注意跟拷贝构造区分，拷贝构造用于一个对象拷贝初始化给另一个要创建的对象。
赋值运算符重载的特点：
-
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，否则会传值传参会有拷贝。 -
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。
-
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构造函数类似，对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(一个字节一个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的拷贝构造。
-
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，编译器自动生成的赋值运算符重载就可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显示实现赋值运算符重载。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，编译器自动生成的赋值运算符重载完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。像MyQueue这样的类型内部主要是自定义类型Stack成员，编译器自动生成的赋值运算符重载会调用Stack的赋值运算符重载，也不需要我们显示实现MyQueue的赋值运算符重载。一个小技巧，如果一个类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写赋值运算符重载，否则就不需要。
七.日期类的实现
1.Date.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>
class Date
{
//友元函数声明
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
bool CheckDate();
Date();
Date(int year, int month, int day);
void Print();
//定义在类里面的成员函数默认是inline，多次调用可以提高效率
int GetMonthDay(int year, int month)
{
assert(month > 0 && month < 13);
static int monthDayArray[13] = { -1,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0))
{
return 29;
}
return monthDayArray[month];
}
bool operator<(const Date& d);
bool operator<=(const Date& d);
bool operator>(const Date& d);
bool operator>=(const Date& d);
bool operator==(const Date& d);
bool operator!=(const Date& d);
Date operator+(int day);
Date& operator+=(int day);
Date operator-(int day);
Date& operator-=(int day);
//后置++：与前置++作区分，加上了一个占位参数int
Date operator++(int);
//前置++：效率高，更常用，默认是前置++
Date& operator++();
// d1 - d2
int operator-(const Date& d);
//成员函数重载<<：存在问题————> d1 << cout
//void operator<<(ostream& out);
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
//全局函数重载<<
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
//全局函数重载>>
istream& operator>>(istream& in, Date& d);
2.Date.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Date.h"
Date::Date()
{
;
}
bool Date::CheckDate()
{
if (_month < 0 || _month>12 || _day<1 || _day>GetMonthDay(_year, _month))
{
return false;
}
return true;
}
//构造函数
Date::Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
if (!CheckDate())
{
cout << "非法日期：";
Print();
cout << endl;
}
}
// d1 < d2
bool Date::operator<(const Date& d)
{
if (_year < d._year)
{
return true;
}
else if (_year == d._year)
{
if (_month < d._month)
{
return true;
}
else if (_month == d._month)
{
return _day < d._day;
}
}
return false;
}
// d1 <= d2
bool Date::operator<=(const Date& d)
{
return *this < d || *this == d;
}
// d1 > d2
bool Date::operator>(const Date& d)
{
return !(*this <= d);
}
// d1 >= d2
bool Date::operator>=(const Date& d)
{
return !(*this < d);
}
// d1 == d2
bool Date::operator==(const Date& d)
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
bool Date::operator!=(const Date& d)
{
return !(*this == d);
}
void Date::Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
// d1 += 100
Date& Date::operator+=(int day) //无需调用拷贝构造函数
{
if (day < 0)
{
return *this -= (-day);
}
_day += day;
while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
{
_day -= GetMonthDay(_year, _month);
++_month;
if (_month == 13)
{
++_year;
_month = 1;
}
}
return *this;
}
// d1 + 100
Date Date::operator+(int day) //若返回引用，则造成野引用，只能返回值
{
Date temp = *this; //调用拷贝构造
temp += day;
/*temp._day += day;
while (temp._day > GetMonthDay(temp._year, temp._month))
{
temp._day -= GetMonthDay(temp._year, temp._month);
++temp._month;
if (temp._month == 13)
{
++temp._year;
temp._month = 1;
}
}*/
return temp; //调用拷贝构造
}
// d1 - 100
Date Date::operator-(int day) //调用拷贝两个构造函数
{
Date temp = *this; //调用拷贝构造函数：1次
temp._day -= day;
while (temp._day <= 0)
{
--temp._month;
if (temp._month == 0)
{
temp._month = 12;
--temp._year;
}
temp._day += GetMonthDay(temp._year, temp._month);
}
return temp; //调用拷贝构造函数：1次
}
// d1 -= 100
Date& Date::operator-=(int day) //调用三个拷贝构造函数
{
*this = *this - day; //调用operator-时：2个
//调用默认赋值运算符重载时：1个
return *this;
}
//注意：
// - 调用 -= 可以减少3次拷贝构造函数
// + 调用 += 可以减少3次拷贝构造函数
// d1++
Date Date::operator++(int) //后置++有两次拷贝构造
{
Date temp = *this; //调用拷贝构造函数：1次
*this += 1;
return temp; //调用拷贝构造函数：1次
}
// ++d1
Date& Date::operator++() //前置++无需调用拷贝构造
{
*this += 1;
return *this;
}
// d1 - d2
int Date::operator-(const Date& d)
{
int flag = 1;
Date max = *this;
Date min = d;
if (*this < d)
{
max = d;
min = *this;
flag = -1;
}
int n = 0;
while (min != max)
{
++min;
++n;
}
return n * flag;
}
// d1 << cout或者d1.operator<<(cout)
//void Date::operator<<(ostream& out)// 第一个参数隐藏了this指针，只能用d1<<cout调用，无法cout<<d1
//{
// out << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
//}
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
while (1)
{
cout << "请依次输入年月日：";
in >> d._year >> d._month >> d._day;
if (!d.CheckDate())
{
cout << "输入非法日期：";
d.Print();
cout << "请重新输入!" << endl;
}
else
{
break;
}
}
return in;
}
2.test.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"Date.h"
void TestDate1()
{
Date d1(2024, 7, 18);
Date d2 = d1 + 100;
d1.Print();
d2.Print();
d1 += 100;
d1.Print();
}
void TestDate2()
{
Date d1(2024, 7, 18);
Date d2 = d1 - 100;
d1.Print();
d2.Print();
d1 -= 100;
d1.Print();
}
void TestDate3()
{
Date d1(2024, 7, 18);
Date ret1 = d1++;
d1.Print();
ret1.Print();
Date d2(2024, 7, 18);
Date ret2 = ++d2;
d2.Print();
ret2.Print();
}
void TestDate4()
{
Date d1(2025, 3, 1);
Date d2(2024, 7, 18);
cout << d1 - d2 << endl;
}
void TestDate5()
{
Date d1(2024, 7, 18);
Date d2(2024, 7, 19);
//调用成员函数重载<<
//void operator<<(ostream& out)
//d1 << cout;
//调用全局函数重载<<
//operator<<(cout, d1);
//cout << d1;
//连续调用
//cout << d1 << d2;
cin >> d1 >> d2;
cout << d1 << d2;
cout << d1 - d2 << endl;
}
int main()
{
//TestDate1();
//TestDate2();
//TestDate3();
//TestDate4();
TestDate5();
return 0;
}
八.取地址运算符重载
1.const成员函数
-
将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后
面。 -
const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。const修饰Date类的Print成员函数，Print隐含的this指针由 Date* const this 变为 const
Date* const this
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//void Print(const Date* const this)
void Print() const
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
d1.Print();
Date d2(2024, 8, 5);
d2.Print();
return 0;
}
权限放大：错误
权限平移：正确
权限缩小：正确
Date类中的成员函数一些可以加上const。例如：可以——>日期+天数，不可以——>日期+=天数
2.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，比如我们不想让别取到当前类对象的地址，就可以自己实现一份，胡乱返回一个地址。
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date* operator&()
{
return this;
//return nullptr; 恶作剧
//return (Date*)0x0012ff40 恶作剧
}
const Date* operator&()const
{
return this;
//return nullptr;
//return (Date*)0x0012ff48
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
int main()
{
const Date d1(2024, 7, 5);
Date d2(2024, 8, 5);
cout << &d1 << endl;
cout << &d2 << endl;
return 0;
}