C++修炼之筑基期第二层——构造函数与析构函数

2023-04-18 179

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简介： C++修炼之筑基期第二层——构造函数与析构函数

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文章导读

本章节我们将学习类的6个默认成员函数中的构造函数与析构函数，并对比C语言阶段的内容来学习它们的各自的特性。

正文

默认成员函数

上一章中我们谈到，如果一个类中什么成员也没有，那么这个类就叫作空类。其实这么说是不太严谨的，因为一个类不可能什么都没有。

当我们定义好一个类，不做任何处理时，编译器会自动生成以下6个默认成员函数：

默认成员函数：如果用户没有手动实现，则编译器会自动生成的成员函数。

构造函数：主要完成初始化工作；
析构函数：主要完成清理工作；
拷贝构造：使用一个同类的对象初始化创建一个对象；
赋值重载：把一个对象赋值给另一个对象；
取地址重载：普通对象取地址操作；
取地址重载（const）：const对象取地址操作；
本章我们将学习两个默认成员函数——构造函数与析构函数。

构造函数

引例

在C语言阶段，我们实现栈的数据结构时，有一件事很苦恼，就是每当创建一个stack对象（之前叫作定义一个stack类型的变量）后，首先得调用它的专属初始化函数StackInit来初始化对象。

typedef int dataOfStackType;
typedef struct stack
{
  dataOfStackType* a;
  int top;
  int capacity;
}stack;
void StackInit(stack* ps);
//...
 int main()
 {
   stack s;
   StackInit(&s);
   //...
   return 0;
 }

这不免让人觉得有点麻烦。在C++中，构造函数为我们很好的解决了这一问题。

构造函数的概念及特性

构造函数是一个特殊的成员函数。构造函数虽然叫作构造，但是其主要作用并不是开辟空间创建对象，而是初始化对象。

构造函数之所以特殊，是因为相比于其它成员函数，它具有如下特性：

函数名与类名相同；
无返回值；
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；

举例

class Date
{
public:
  //无参的构造函数
  Date()
  {};
  //带参的构造函数
  Date(int year,int month,int day)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
void TestDate()
{
  Date d1;//调用无参构造函数（自动调用）
  Date d2(2023, 3, 29);//调用带参构造函数（自动调用）
}

特别注意

创建对象时编译器会自动调用构造函数，若是调用无参构造函数，则无需在对象后面使用()。否则会产生歧义：编译器无法确定你是在声明函数还是在创建对象。

错误示例

//错位示例
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。

class Date
{
public:
  //若用户没有显示定义，则编译器自动生成。
  /*Date(int year,int month,int day)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }*/
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};

默认生成构造函数，对内置类型成员不作处理；对自定义类型成员，会调用它的默认构造函数；

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、double…，自定义类型就是我们使用class、struct、union等自己定义的类型。

🌼举例🌼

🌼默认构造函数对内置类型🌼

class Date
{
public:
  //此处不对构造函数做显示定义，测试默认构造函数
  /*Date()
  {}*/
  void print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
void TestDate1()
{
  Date d1;
  d1.print();
}

如图所示，默认构造函数的确未对内置类型做处理。
🌼默认构造函数对自定义类型🌼

class stack
{
public:
  //此处对stack构造函数做显示定义
  stack()
  {
    cout <<"stack()" << endl;
    _a = nullptr;
    _top = _capacity = 0;
  }
private:
  int* _a;
  int _top;
  int _capacity;
};
class queue
{
public:
  //此处不对queue构造函数做显示定义，测试默认构造函数
  /*queue()
  {}*/
private:
  //自定义类型成员
  stack _s;
};
void TestQueue()
{
  queue q;
}

如图所示，在创建queue对象时，默认构造函数对自定义成员_s做了处理，调用了它的默认构造函数stack()。

这一波蜜汁操作让很多C++使用者感到困惑与不满，为什么要针对内置类型和自定义类型做不同的处理呢？终于，在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；

举例🌼

class Date
{
public:
//...
  void print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
private:
  //使用默认值
  int _year = 0;
  int _month = 0;
  int _day = 0;
};
void TestDate2()
{
  Date d2;
  d2.print();
}

默认值：若不对成员变量做处理，则使用默认值。

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；

🌼举例🌼

class Date
{
public:
  //无参的默认构造函数
  //Date()
  //{
  //}
  //全缺省的默认构造函数
  Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  void print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
private:
  int _year = 0;
  int _month = 0;
  int _day = 0;
};

析构函数

析构函数与构造函数的特性相似，但功能有恰好相反。构造函数是用来初始化对象的，析构函数是用来销毁对象的。

需要注意的是，析构函数并不是对对象本身进行销毁（因为局部对象出了作用域会自行销毁，由编译器来完成），而是在对象销毁时会自动调用析构函数，对对象内部的资源做清理（例如stack _s中的int* a）。

同样，有了析构函数，我们再也不用担心创建对象（或定义变量）后由于忘记释放内存而造成内存泄漏了。

🌼举例🌼

class Stack
{
public:
  Stack()
  {
    //...
  }
  void Push(int x)
  {
    //...
  }
  bool Empty()
  {
    // ...
  }
  int Top()
  {
    //...
  }
  void Destory()
  {
    //...
  }
private:
  // 成员变量
  int* _a;
  int _top;
  int _capacity;
};
void TestStack()
{
  Stack s;
  st.Push(1);
  st.Push(2);
  //过去需要手动释放
  st.Destroy();
}

析构函数的特性

析构函数名是在类名前加上字符 ~；
无参数；
无返回值；
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；
析构函数不能重载；

举例

class Date
{
public:
  Date()
  {
    cout << "Date()" << endl;
  }
  ~Date()
  {
    cout << "~Date()" << endl;
  }
private:
  int _year = 0;
  int _month = 0;
  int _day = 0;
};
void TestDate3()
{
  Date d3;
  //d3生命周期结束时自动调用构造函数
}

为便于观察，我们可以在析构函数内部写点儿东西。

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；

举例

class stack
{
public:
  //此处对stack构造函数做显示定义
  stack()
  {
    cout <<"stack()" << endl;
    _a = nullptr;
    _top = _capacity = 0;
  }
  ~stack()
  {
    cout << "~Stack()" << endl;
    free(_a);
    _a = nullptr;
    _top = _capacity = 0;
  }
private:
  int* _a;
  int _top;
  int _capacity;
};
class queue
{
public:
  //此处不对queue构造函数做显示定义，测试默认构造函数
  /*queue()
  {}*/
private:
  //自定义类型成员
  stack _s;
};
void TestQueue1()
{
  queue q;
}

12、.png

这里可能有小伙伴会好奇：为什么析构函数不像构造函数那样区分内置类型与自定义类型呢？

答案是：因为内置类型压根不需要我们担心清理工作，在其生命周期结束时会自动销毁。而自定义类型需要担心，因为自定义类型里可能含有申请资源（例如：malloc申请内存须手动释放）。

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，比如Date类；有资源申请时，一定要写，否则会造成资源泄漏，比如stack类。

本章到这里就结束了，下一章节我们将学习剩余的4个默认成员函数~

C++修炼之筑基期第二层——构造函数与析构函数

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构造函数

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构造函数的概念及特性

析构函数

析构函数的特性

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