【C++练级之路】【Lv.3】类和对象（中）（没掌握类的6个默认成员函数，那你根本就没学过C++！）-阿里云开发者社区

引言

在C++的学习中，类和对象章节的学习尤为重要，犹如坚固的地基，基础不牢，地动山摇；而默认成员函数的学习，在类和对象的学习里最为重要。所以要学好C++，学好默认成员函数是一道必经之路，这样后续才能很好的学习后续模板，继承，多态等知识。

一、类的6个默认成员函数

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。

二、构造函数（constructor）

2.1 引入

先来简易实现一个日期类Date

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(2023, 12, 5);
  d1.Print();
  return 0;
}

我们发现，如果每次都要自己调用初始化函数，未免有点麻烦，并且容易忘记从而导致出错。那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？

那么，构造函数就可以完美解决这个问题。

2.2 概念

构造函数（constructor）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。

2.3 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。

构造函数特性如下：

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。

class Date
{
public:
  // 1.无参构造函数
  Date()
  {
    _year = 1;
    _month = 1;
    _day = 1;
  }
  // 2.带参构造函数
  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()
{
  Date d1;//调用无参构造函数
  d1.Print();
  Date d2(2023, 12, 5);//调用带参构造函数
  d2.Print();
  //warning
  Date d3();//函数声明
  return 0;
}

注意：

无返回值，不是写void类型，而是什么都不写
如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不用跟括号，否则就成了函数声明

上述简化写法：

class Date
{
public:
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)//使用缺省参数
  {
    _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.Print();
  Date d2(2023, 12, 5);
  d2.Print();
  return 0;
}

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。

有人可能会疑惑，既然编译器会自动生成默认构造函数，那是不是就不用自己显式定义了呢？其实，并不然。

因为编译器自动生成的构造函数，只会对自定义类型成员调用其构造函数，而不会对内置类型成员（char、int……）处理。
所以，我们要尽量显式定义，而不去用自动生成的构造函数。
当然，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。

class Date
{
public:
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
private:
  int _year = 1;//声明时给默认值
  int _month = 1;
  int _day = 1;
};

int main()
{
  Date d1;//调用默认构造函数
  d1.Print();
  return 0;
}

一个类中只能存在一个默认构造函数。比如：无参构造函数，全缺省构造函数，编译器自动生成的默认构造函数。

简单理解：不用传参，就是调用默认构造函数。

举个例子，请看下面代码：

class Date
{
public:
  Date()
  {
    _year = 1;
    _month = 1;
    _day = 1;
  }
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};

int main()
{
  Date d1;//报错，对重载函数的调用不明确
  d1.Print();
  return 0;
}

分析：上述代码包含两个默认构造函数，在无参调用时，就会产生歧义。所以，才会规定一个类只能出现一个默认构造函数。

三、析构函数（destructor）

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自动初始化的，那一个对象的内容又是如何自动销毁的呢？

析构函数（destructor）：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，其特性如下：

析构函数名是在类名前加上字符 ~。
无参数无返回值。
对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
析构函数不能重载。
一个类只能有一个析构函数。

简易实现一个栈类Stack

class Stack
{
public:
  Stack(int capacity = 4)//构造函数
  {
    _a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
    if (_a == nullptr)
    {
      perror("malloc fail");
      return;
    }
    _top = 0;
    _capacity = capacity;
  }
  void Push(int x)
  {
    //CheckCapacity();
    _a[_top++] = x;
  }
  //...
  ~Stack()//析构函数
  {
    free(_a);
    _a = nullptr;
    _top = _capacity = 0;
  }
private:
  int* _a;
  int _top;
  int _capacity;
};

int main()
{
  Stack st;
  st.Push(1);
  st.Push(2);
  return 0;
}

同样，与构造函数相同，若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。只会对自定义类型成员调用其析构函数，而不会对内置类型成员（char、int……）处理。

回顾往期题目232.用栈实现队列（LeetCode），当时我们用C语言实现的队列，对比一下如今用C++实现。

C：

typedef struct
{
    ST pushst;
    ST popst;
} MyQueue;
 
MyQueue* myQueueCreate()
{
    MyQueue* obj = (MyQueue*)malloc(sizeof(MyQueue));
    if (obj == NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
 
    STInit(&obj->pushst);
    STInit(&obj->popst);
 
    return obj;
}

C++：

class MyQueue
{
public:
  void Push()
  {}
  //...
private:
  Stack _pushst;
  Stack _popst;
};

分析：

C++实现，在MyQueue类中，默认生成构造函数（MyQueue）和析构函数（~MyQueue）。
对于Stack类的自定义类型成员，自动调用对应的默认构造函数（Stack）和析构函数（~Stack），大大简化代码。

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。

四、拷贝构造函数（copy constructor）

4.1 概念

在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一模一样的新对象呢？

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，其特性如下：

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。

class Date
{
public:
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  Date(const Date& d)//拷贝构造函数
  {
    _year = d._year;
    _month = d._month;
    _day = d._day;
  }
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};

int main()
{
  Date d1;
  d1.Print();
  Date d2(2023, 12, 5);
  d2.Print();
  Date d3(d2);//拷贝构造
  d3.Print();
  return 0;
}

大家可能会很疑惑，为什么只能是传引用，而不能是传值呢？

请看下面代码：

//传值传参
void Func1(Date d)
{}
//传引用传参
void Func2(Date& d)
{}

int main()
{
  Date d;
  Func1(d);//传值调用
  Func2(d);//传引用调用
  return 0;
}

经过调试，我们可以发现：在传值传参时，会调用拷贝构造函数；而在传引用传参时，并不需要。

那么，再看看写成传值传参的拷贝构造函数，是多么的恐怖。

Date(Date d)
{
  _year = d._year;
  _month = d._month;
  _day = d._day;
}

分析：

每次要拷贝对象时，传值传参
而传值传参，又要拷贝对象
这样，就会形成无穷递归。这其实类似于先有鸡，还是先有蛋的悖论。

若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型成员是按照字节方式直接拷贝的，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。而自定义类型成员是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。

那么，如果每次都直接使用默认生成的拷贝构造函数可以吗？答案是，当然不可以！

再来回顾一下栈类Stack，试试默认生成的拷贝构造函数。

class Stack
{
public:
  Stack(int capacity = 10)//构造函数
  {
    _a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
    if (_a == nullptr)
    {
      perror("malloc fail");
      return;
    }
    _top = 0;
    _capacity = capacity;
  }
  void Push(int x)
  {
    //CheckCapacity();
    _a[_top++] = x;
  }
  //...
  ~Stack()//析构函数
  {
    free(_a);
    _a = nullptr;
    _top = _capacity = 0;
  }
private:
  int* _a;
  int _top;
  int _capacity;
};

int main()
{
  Stack s1;
  s1.Push(1);
  s1.Push(2);
  s1.Push(3);
  s1.Push(4);
  Stack s2(s1);
  return 0;
}

运行的时候会发现，上述程序会崩溃，这是为什么呢？

分析：

此时把s1拷贝给s2，因为没有显式定义拷贝构造函数，所以默认生成拷贝构造函数。
而默认生成的拷贝构造函数，对于内置类型都是浅拷贝，即把值复制过去。
所以，就造成了s2的_a与s1的_a指向同一块空间
那么在调用析构函数资源销毁时，就会重复释放同一块动态开辟的空间，导致程序崩溃

那么，这种情况就不是浅拷贝能解决的了，则必须显式定义拷贝构造函数进行深拷贝

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。

深拷贝实现如下：

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
  Stack(int capacity = 4)
  {
    _a = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
    if (_a == nullptr)
    {
      perror("malloc fail");
      exit(-1);
    }
    _top = 0;
    _capacity = capacity;
  }
  Stack(const Stack& st)//深拷贝
  {
    _a = (DataType*)malloc(st._capacity * sizeof(DataType));
    if (_a == nullptr)
    {
      perror("malloc fail");
      exit(-1);
    }
    _top = st._top;
    _capacity = st._capacity;
  }
  ~Stack()
  {
    free(_a);
    _a = nullptr;
    _top = _capacity = 0;
  }
private:
  DataType* _a;
  int _top;
  int _capacity;
};

五、构造、析构、拷贝构造函数总结对比

5.1 构造函数

函数名：类名
无返回值
自动调用
可重载
默认生成的构造函数，只对自定义类型成员调用其对应的构造函数
一个类只能有一个默认构造函数
根据需求，自行判断是否需要显式定义

5.2 析构函数

函数名：~类名
无参无返回值
自动调用
不可重载
默认生成的析构函数，只对自定义类型成员调用其对应的析构函数
一个类只能有一个析构函数
有资源申请，一定要显式定义

5.3 拷贝构造函数

构造函数的重载（拥有构造函数特性1，2，3）
参数：类对象的引用
默认生成的拷贝构造函数，只对自定义类型成员调用其对应的拷贝构造函数，对内置类型成员浅拷贝
一个类一般只需要一个拷贝构造函数
有资源申请，一定要显式定义

六、赋值运算符重载

6.1 运算符重载

内置类型可以直接使用运算符，那么自定义类型是否能使用运算符呢？

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：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)

class Date
{
public:
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }

//private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};

bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
  return d1._year == d2._year
    && d1._month == d2._month
    && d1._day == d2._day;
}

int main()
{
  Date d1;
  Date d2(d1);
  
  operator==(d1, d2);//一般不这样写
  d1 == d2;//等价于上述函数调用
  cout << (d1 == d2) << endl;
  return 0;
}

这里，我们是直接将private取消，才让外部函数可以访问类的内置类型。但是，这样封装性又得不到保证了。

所以，我们可以把运算符重载定义为成员函数。

class Date
{
public:
  Date(int year = 1, 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& d)
  {
    return _year == d._year
      && _month == d._month
      && _day == d._day;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};


int main()
{
  Date d1;
  Date d2(d1);
  
  d1.operator==(d2);//一般不这样写
  d1 == d2;//等价于上述写法
  return 0;
}

注意：

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。这个经常在笔试选择题中出现。

6.2 赋值运算符重载

前面讲完了运算符重载的前置知识，那么我们就来实现d1 = d2这样的赋值操作

赋值运算符重载格式

参数类型：const 类名&，传递引用可以提高传参效率
返回值类型：类名&，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 ：要符合连续赋值的含义

class Date
{
public:
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }

  void operator=(const Date& d)
  {
    _year = d._year;
    _month = d._month;
    _day = d._day;
  }

private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};


int main()
{
  Date d1(2022, 10, 24);
  Date d2(2023, 5, 3);
  d1 = d2;
  return 0;
}

但是，要注意到赋值运算符的特殊场景

连续赋值，比如d3 = d2 = d1
原地赋值，比如d1 = d1

所以，我们有以下改进版本：

Date& operator=(const Date& d)
{
  if (this != &d)
  {
    _year = d._year;
    _month = d._month;
    _day = d._day;
  }

  return *this;
}

同样，若未显式定义，默认生成的赋值重载，对自定义类型成员调用对应的赋值重载，对于内置类型成员浅拷贝。
所以，如果一旦涉及到资源申请时，则赋值重载是一定要显式定义的，否则就是浅拷贝。

七、日期类的实现

注意：

日期+日期没有意义，但是日期-日期有意义，代表间隔的天数
日期±天数都有意义，代表往前/后天数的日期
为了与前置++/- -区分，后置++/- -声明参数类型为int（无意义，仅用于占位符，以作区分）
这里重载了<<（流插入）和>>（流提取）操作符，运用了友元（后续会讲）

date.h

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
  friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
  {
    out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;
    return out;
  }
  friend istream& operator>>(istream& in, Date& d)
  {
    in >> d._year >> d._month >> d._day;
    return in;
  }

public:
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1);
  void Print();
  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=(const Date& d);

  Date& operator+=(int day);
  Date operator+(int day);
  Date& operator-=(int day);
  Date operator-(int day);

  int operator-(const Date& d);

  Date& operator++();
  Date operator++(int);
  Date& operator--();
  Date operator--(int);

private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};

date.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"date.h"

int GetMonthDay(int year, int month)
{
  int a[] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
  if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0))
  {
    return 29;
  }
  return a[month];
}

Date::Date(int year, int month, int day)
{
  if((month > 0 && month <= 12) && (day > 0 && day <= GetMonthDay(year, month)))
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  else
  {
    cout<<"日期非法"<<endl;
  }
}

void Date::Print()
{
  cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}

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);
}

bool Date::operator<(const Date& d)
{
  return _year < d._year
    || (_year == d._year && _month < d._month)
    || (_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}

bool Date::operator<=(const Date& d)
{
  return (*this == d) || (*this < d);
}

bool Date::operator>(const Date& d)
{
  return !(*this <= d);
}

bool Date::operator>=(const Date& d)
{
  return !(*this < d);
}

Date& Date::operator=(const Date& d)
{
  if (this != &d)
  {
    _year = d._year;
    _month = d._month;
    _day = d._day;
  }

  return *this;
}

//d1+=100
Date& Date::operator+=(int day)
{
  if (day < 0)
  {
    *this -= -day;
    return *this;
  }

  _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)
{
  Date tmp(*this);
  tmp += day;
  return tmp;
}

//d1-=100
Date& Date::operator-=(int day)
{
  if (day < 0)
  {
    *this += -day;
    return *this;
  }

  _day -= day;
  while (_day <= 0)
  {
    _day += GetMonthDay(_year, _month);
    _month--;
    if (_month == 0)
    {
      _year--;
      _month = 12;
    }
  }

  return *this;
}

//d1-100
Date Date::operator-(int day)
{
  Date tmp(*this);
  tmp -= day;
  return tmp;
}

//d1-d2
int Date::operator-(const Date& d)
{
  Date max = *this;
  Date min = d;
  int flag = 1;

  if (max < min)
  {
    max = d;
    min = *this;
    flag = -1;
  }

  int i = 0;
  while (min != max)
  {
    ++min;
    ++i;
  }

  return i * flag;
}

//++d1
Date& Date::operator++()
{
  *this += 1;
  return *this;
}

//d1++
Date Date::operator++(int)
{
  Date tmp(*this);
  *this += 1;
  return tmp;
}

//--d1
Date& Date::operator--()
{
  *this -= 1;
  return *this;
}

//d1--
Date Date::operator--(int)
{
  Date tmp(*this);
  *this -= 1;
  return tmp;
}

八、const成员函数

8.1 概念

将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数，const修饰类成员函数，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。

举个例子：

class Date
{
public:
  void Print()
  {
    cout << _year << "" << _month << "" << _day << endl;
  }
private:
  int _year = 1;
  int _month = 1;
  int _day = 1;
};

void Func(const Date& d)
{
  d.Print();//err
}

int main()
{
  Date d1;
  Func(d1);
  return 0;
}

分析：上述代码在Func函数内部（常引用，const修饰），调用Print函数（this指针没有const修饰），造成权限的放大，所以编译器报错。

8.2 使用方式

那么，我们应该怎么做呢？

我们无法显式修饰const，所以语法规定了一种写法——在成员函数名后接const

class Date
{
public:
  void Print() const
  {
    cout << _year << "" << _month << "" << _day << endl;
  }
private:
  int _year = 1;
  int _month = 1;
  int _day = 1;
};

这样，编译器就会自动对this指针进行const修饰。

注意：只对功能不改变对象本身的成员函数，进行const修饰。

那么请思考下面的几个问题：

const对象可以调用非const成员函数吗？
非const对象可以调用const成员函数吗？
const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗？
非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗？

8.3 日期类（const修饰版）

下面是日期类实现中，const修饰后的版本：

class Date
{
public:
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1);
  void Print() const;
  bool operator==(const Date& d) const;
  bool operator!=(const Date& d) const;

  bool operator<(const Date& d) const;
  bool operator<=(const Date& d) const;
  bool operator>(const Date& d) const;
  bool operator>=(const Date& d) const;

  Date& operator=(const Date& d);

  Date& operator+=(int day);
  Date operator+(int day) const;
  Date& operator-=(int day);
  Date operator-(int day) const;

  int operator-(const Date& d) const;

  Date& operator++();
  Date operator++(int);
  Date& operator--();
  Date operator--(int);

private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};

注意：声明与定义分离时，两边都要加上const修饰

九、取地址及const取地址操作符重载

这两个默认成员函数一般不用重新定义，编译器默认会生成。

class Date
{
public:
  Date* operator&()
  {
    return this;
  }
  const Date* operator&() const
  {
    return this;
  }
private:
  int _year = 1;
  int _month = 1;
  int _day = 1;
};

int main()
{
  Date d1;
  cout << &d1 << endl;
  const Date d2;
  cout << &d2 << endl;
  return 0;
}

这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容！

总结

本节学习了类的6个默认成员函数，详细了解其中的特性与使用方法。

其中构造函数，析构函数，拷贝构造函数和赋值运算符重载，才是我们需要重点掌握并且经常要显式定义的。

默认生成的构造/析构函数，对其自定义类型成员调用对应的构造/析构函数，对内置类型成员不做处理
默认生成的拷贝构造/赋值重载函数，对其自定义类型成员调用对应的拷贝构造/赋值重载函数，对内置类型成员浅拷贝

至于取地址运算符重载，比较简单，且平常不用显式定义。

真诚点赞，手有余香

【C++练级之路】【Lv.3】类和对象（中）（没掌握类的6个默认成员函数，那你根本就没学过C++！）

引言