C++ day20 用动态内存开发类（三）函数返回对象，指向对象的指针

我不是女神ヾ 2023-07-16 15:59 73阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  返回对象
 *   *  1 按引用传递，效率高（首选；当返回调用对象 或 返回作为参数传入的对象）
     *   *  1.1 返回指向const对象的const引用
         *  1.2 返回指向非const对象的非const引用
         *   *  例子1：重载赋值运算符
             *  例子2：重载<<运算符
     *  2 按值传递，效率低，可有时候是唯一选择（次选，没法传引用才选）
     *   *  2.1 返回const对象（防止a + b = c;这种赋值语句通过编译，尽量选这个）
         *  2.2 返回非const对象（比如：重载算术运算符，不能返回const对象才选这个）
     *  总结（优先级：const引用 > 非const引用 > const对象 > 非const对象）
 *  指向对象的指针
 *   *  对象指针用法集锦
     *  外部对象，自动对象，动态对象以及他们的析构函数什么时候被调用
     *  定位new运算符（1 容易不小心覆盖内存处原有内容；2 创建在指定内存的对象的析构函数在delete该指定内存时竟不被调用）
     *   *  后创建先析构
         *  But, 为啥我对定位new创建的对象delete，没报错，还成功调用了他们的析构函数？？？

# 返回对象 #

好好掰扯掰扯当普通函数或者成员函数需要返回对象时的几种情况

## 1 按引用传递，效率高（首选；当返回调用对象 或 返回作为参数传入的对象） ##

返回对象要调用复制构造函数，返回引用不需要，所以返回引用需要做的工作更少，效率自然更高

但是返回引用要求引用指向的对象在调用函数结束后还存在。这是很简单的道理。

### 1.1 返回指向const对象的const引用 ###

因为参数本身是const引用，当然必须把返回值声明为const引用，否则报错。很简单。不能把const给非const

例子：  
![在这里插入图片描述][20200318225631842.png]  
![在这里插入图片描述][20200318225645198.png]

### 1.2 返回指向非const对象的非const引用 ###

#### 例子1：重载赋值运算符 ####

StringBad & StringBad::operator=(const StringBad & st)
    { 
    	//首先禁止源和目标对象是同一个对象的情况，用地址判断
    	if (this == &st)
    		return *this;
    	strLen = st.strLen;
    	delete [] str;
    	str = new char[strLen + 1];
    	std::strcpy(str, st.str);
    	return *this;
    }

返回的是指向调用对象（一个非const对象）的引用、

#### 例子2：重载<<运算符 ####

istream类的对象在函数执行结束后会被改变，所以是非const的

std::istream & operator>>(std::istream & is, StringBad & st)
    { 
    	delete [] st.str;//释放目标对象的指针成员指向的地址，否则会内存泄漏
    	char temp[StringBad::CINLIM];//忘记StringBad::
    	if (is.get(temp, StringBad::CINLIM))
    	    st = temp;
    	else
            is.clear();//清除错误标记
        eatline();//清空输入缓存
    	return is;
    }

## 2 按值传递，效率低，可有时候是唯一选择（次选，没法传引用才选） ##

返回对象本身要调用复制构造函数，返回引用不需要，但是有时候必须要接受返回对象的开销，因为别无选择。比如当需要返回函数中的局部对象时，只能按值返回，否则如果返回引用，函数结束后局部对象就释放了，引用指向nowhere。

一般，重载算术运算符必须返回对象本身。因为必须计算，得用一个临时对象保存计算后的值。

### 2.1 返回const对象（防止a + b = c;这种赋值语句通过编译，尽量选这个） ###

以前说过一次，当时觉得好牛逼，现在竟然全忘了

用矢量类举例，这里只写主程序，类声明和类定义代码看[这篇文章][Link 1]

//main.cpp
    #include <iostream>
    #include "vector.h"
    
    int main()
    { 
        using std::cout;
        using std::endl;
    	VECTOR::Vector v1 = VECTOR::Vector();//默认构造函数
    	VECTOR::Vector v2 = VECTOR::Vector(2.0, 0);//RECT模式
    	VECTOR::Vector v3 = VECTOR::Vector(0.0, 2.0, VECTOR::Vector::RECT);//POL模式
    	VECTOR::Vector v4(0.0, 1.0);
    
    	cout << "v1: " << v1 << endl;
        cout << "v2: " << v2 << endl;
        cout << "v3: " << v3 << endl;
        cout << "v4: " << v4 << endl;
    
        VECTOR::Vector v5 = v1 + v2;
        cout << endl;
        cout << "v1: " << v1 << endl;
        cout << "v2: " << v2 << endl;
        cout << "v5: " << v5 << endl;
    
        v3 + v4 = v5;//这么奇怪的代码，顺利通过了编译
        cout << endl;
        cout << "v3: " << v3 << endl;
        cout << "v4: " << v4 << endl;
        cout << "v5: " << v5 << endl;
        cout << "(v3 + v4 = v5).magval() = " << (v3 + v4 = v5).magval() << endl;
        return 0;
    }

v3 + v4 = v5;  
编译器会先计算v3 + v4,得到的结果存储在一个临时对象中，如果赋值表达式是v5 = v3 + v4; 那编译器就把匿名临时对象复制给v5（调用编译器自定义的复制构造函数，浅复制）。

现在表达式是 v3 + v4 = v5; 所以v5被复制给这个匿名临时对象，而临时对象的计算结果则丢了。(v3 + v4 = v5)就是这个临时对象。所以(v3 + v4 = v5).magval()是临时对象的幅值，即v5的幅值了

v1: (x, y) = (0, 0)
    v2: (x, y) = (2, 0)
    v3: (x, y) = (0, 2)
    v4: (x, y) = (0, 1)
    
    v1: (x, y) = (0, 0)
    v2: (x, y) = (2, 0)
    v5: (x, y) = (2, 0)
    
    v3: (x, y) = (0, 2)
    v4: (x, y) = (0, 1)
    v5: (x, y) = (2, 0)
    (v3 + v4 = v5).magval() = 2

这是因为重载的加法运算符的返回类型是非const对象，下面会说

Vector Vector::operator+(const Vector & v) const
    { 
    	//操作数顺序无法反转
    	return Vector(x + v.x, y + v.y);//直接按矩形模式计算，用构造函数生成一个对象返回，注意这里省略了this指针
    }

我改为返回const对象后（原型和定义前面都要加const哈），这句奇怪赋值立马藏不住了，编译器立刻报错

![在这里插入图片描述][20200318233519844.png]

不是说你会编写那么奇怪的代码，而是怕你不小心把==写为=，从而意外得到这种表达式  
![在这里插入图片描述][20200318233721930.png]

### 2.2 返回非const对象（比如：重载算术运算符，不能返回const对象才选这个） ###

一般，重载算术运算符必须返回对象本身。因为必须计算，得用一个临时对象保存计算后的值。当然是非const的。  
![在这里插入图片描述][20200318225631842.png]  
![在这里插入图片描述][20200318225824478.png]

其他示例，之前矢量类的三个算术运算符，都用构造函数新建一个对象然后返回，返回时会调用复制构造函数

Vector Vector::operator-(const Vector & v) const
    { 
    	//操作数顺序无法反转
    	return 	Vector(x - v.x, y - v.y);
    }
    
    Vector Vector::operator-() const//方向取反，负号运算符
    { 
    	return Vector(-x, -y);//简洁版，但是这需要生成一个临时对象，然后复制出去，有点低效
    }
    
    Vector Vector::operator*(double n) const
    { 
    	//操作数顺序无法反转
    	return Vector(x * n, y * n);//简洁版
    }

## 总结（优先级：const引用 > 非const引用 > const对象 > 非const对象） ##

# 指向对象的指针 #

类声明头文件和类定义方法文件在[这里][Link 2]

其中使用**下标**找最短字符串和字符最前字符串，但本文使用\*\*指向对象的指针（动态对象）\*\*实现，只需对原来主程序做一丢丢改动，很简单。但是原理概念还是要好好弄明白的。

//main.cpp
    #include <iostream>
    #include "StringBad.h"
    void eatline();
    typedef unsigned int uint;
    const uint ARSIZE = 10;
    
    int main()
    { 
    	{ 
    		using std::cout;
    		using std::cin;
    
    		cout << "starting an inner block\n";
    		StringBad sayings[ARSIZE];//默认构造函数
    		cout << "Enter up to " << ARSIZE << " sayings (empty line to quit):\n>>";//输入提示符，很棒棒
    		uint i;
    		for (i = 0; i < ARSIZE; ++i)
    		{ 
    			if (!(cin >> sayings[i]) || sayings[i][0] == '\0')
    				break;
    		}
    
    		if (i > 0)
    		{ 
    			cout << "Here is the " << i << " sayings:\n";
    
    
    			StringBad * shortest = &sayings[0];//指向第一个对象，用复制构造函数初始化shortest指针指向一个已有的对象
    			StringBad * first = new StringBad(sayings[0]);//用new给对象分配内存初始化匿名对象，并初始化为已有对象
    
    			uint j;
    			for (j = 0; j < i; ++j)
                { 
                    cout << sayings[j][0] << ": " << sayings[j] << '\n';
                    if (sayings[j] < *first)
                        first = &sayings[j];
                    if (sayings[j].length() < (*shortest).length())//我又错误地写成sayings[j].strLen < sayings[shortest].strLen
                        shortest = &sayings[j];
                }
    
                cout << "The shortest saying: " << *shortest << '\n';
                cout << "The first saying alphabetically: " << *first << '\n';
                
                delete first;//记得删除
    		}
    		else
    			cout << "No sayings entered!\n";
    
    
    	}
    	std::cout << "Exiting the main() function\n";
    
    	return 0;
    }

starting an inner block
    1: default object created!
    2: default object created!
    3: default object created!
    4: default object created!
    5: default object created!
    6: default object created!
    7: default object created!
    8: default object created!
    9: default object created!
    10: default object created!
    Enter up to  10 sayings (empty line to quit):
    >>dfsaf
    Enter friend function: operator>>
    fdgfe
    Enter friend function: operator>>
    dfd
    Enter friend function: operator>>
    hj
    Enter friend function: operator>>
    kuib
    Enter friend function: operator>>
    kl
    Enter friend function: operator>>
    bnmsdfsvfhrtyhser
    Enter friend function: operator>>
    23
    Enter friend function: operator>>
    
    Enter friend function: operator>>
    Here is the 8 sayings:
    d: dfsaf
    f: fdgfe
    d: dfd
    h: hj
    k: kuib
    k: kl
    b: bnmsdfsvfhrtyhser
    2: 23
    The shortest saying: hj
    The first saying alphabetically: 23
    "" object deleted! 9 objects left!
    "" object deleted! 8 objects left!
    "23" object deleted! 7 objects left!
    "bnmsdfsvfhrtyhser" object deleted! 6 objects left!
    "kl" object deleted! 5 objects left!
    "kuib" object deleted! 4 objects left!
    "hj" object deleted! 3 objects left!
    "dfd" object deleted! 2 objects left!
    "fdgfe" object deleted! 1 objects left!
    "dfsaf" object deleted! 0 objects left!
    Exiting the main() function

## 对象指针用法集锦 ##

StringBad * glamour;//声明指向类对象的指针，但不创建对象
    StringBad * first = &sayings[0];//调用复制构造函数创建匿名动态对象
    StringBad * favourite = new StringBad;//调用默认构造函数创建匿名动态对象
    StringBad * gleep = new StringBad(sayings[4]);//调用复制构造函数创建匿名动态对象，原型：StringBad(const StringBad &);
    StringBad * glop = new StringBad("my my my");//调用原型为StringBad(const char *);的构造函数

![在这里插入图片描述][20200320152417457.png]

## 外部对象，自动对象，动态对象以及他们的析构函数什么时候被调用 ##

就是把存储期，作用域的知识用在对象身上

//main.cpp
    #include "StringBad.h"
     StringBad ext;//外部对象,external object，默认构造函数
    
     int main()
     { 
         StringBad * pd = new StringBad;//匿名动态对象，dynamic object.用默认构造函数
         { 
            StringBad aut;//automatic object，默认构造函数
         }//调用aut的默认析构
         delete pd;//调用动态对象*pd的默认析构函数
    
         return 0;//main函数结束之前调用静态外部对象ext的默认析构函数
     }

1: default object created!
    2: default object created!
    3: default object created!
    "" object deleted! 2 objects left!
    "" object deleted! 1 objects left!
    "" object deleted! 0 objects left!

![在这里插入图片描述][202003201515268.png]

## 定位new运算符（1 容易不小心覆盖内存处原有内容；2 创建在指定内存的对象的析构函数在delete该指定内存时竟不被调用） ##

定位new运算符可以指定分配内存的位置，本示例将他和常规new运算符对比，发现2个问题，如题

之前说过定位new，第一个问题我们早就知道，也可以解决；但是现在进一步加深，说说析构函数为啥不被调用，并且我们该怎么确保析构函数被调用——显式调用析构。

//main.cpp
    #include <iostream>
    #include <string>
    #include <new>
    typedef unsigned int uint;
    const uint BUF = 512;
    
    class JustTesting{ 
    private:
    	std::string word;
    	uint num;
    public:
    	//参数全部是默认参数的内联构造函数，所以编译器无需自己生成默认构造函数了
    	JustTesting(const std::string & w = "JustTesting", uint n = 0)
    	{ 
    		word = w;
    		num = n;
    		std::cout << w << " constructed!\n";
    	}
    	~JustTesting()
    	{ 
    		std::cout << word << " destroyed!\n";
    	}
    	void show() const
    	{ 
    		std::cout << word << ", " << num << '\n';
    	}
    };
    
    int main()
    { 
        char * buffer = new char[BUF];
    
        JustTesting * p1, * p2;
        p1 = new (buffer) JustTesting;
        p2 = new JustTesting("Heap1", 20);
        std::cout << "Memory addresses:\n";
        std::cout << (void *)buffer << '\t' << p1 << '\t' << p2 << '\n';
        std::cout << "Contents:\n";
        std::cout << p1 << ": ";
        p1->JustTesting::show();
        std::cout << p2 << ": ";
        p2->JustTesting::show();
    
        std::cout << '\n';
        JustTesting * p3, * p4;
        p3 = new (buffer) JustTesting("Bad idea", 18);
        p4 = new JustTesting("Heap2", 40);
        std::cout << "Memory addresses:\n";
        std::cout << (void *)buffer << '\t' << p3 << '\t' << p4 << '\n';
        std::cout << "Contents:\n";
        std::cout << p3 << ": ";
        p3->JustTesting::show();
        std::cout << p4 << ": ";
        p4->JustTesting::show();
    
        delete p2;
        delete p4;
        delete [] buffer;//释放了buffer指向的内存块，但是却并没有为该内存块的对象们比如p4调用析构函数
    
    	return 0;
    }

可以看到，p3对象的内容把p1的覆盖了，这是因为定位new两次分配同一个位置

JustTesting constructed!
    Heap1 constructed!
    Memory addresses:
    0x81a638        0x81a638        0x816c50
    Contents:
    0x81a638: JustTesting, 0
    0x816c50: Heap1, 20
    
    Bad idea constructed!
    Heap2 constructed!
    Memory addresses:
    0x81a638        0x81a638        0x81a478
    Contents:
    0x81a638: Bad idea, 18
    0x81a478: Heap2, 40
    Heap1 destroyed!
    Heap2 destroyed!

要想不覆盖，就自己改一下定位new运算符后面圆括号的指针，加个偏移量，偏移量的大小可以用sizeof运算符计算：

p3 = new (buffer + sizeof(JustTesting)) JustTesting("Bad idea", 18);//sizeof运算符可以用于自己定义的类诶！！

JustTesting constructed!
    Heap1 constructed!
    Memory addresses:
    0xaea638        0xaea638        0xae6c50
    Contents:
    0xaea638: JustTesting, 0
    0xae6c50: Heap1, 20
    
    Bad idea constructed!
    Heap2 constructed!
    Memory addresses:
    0xaea638        0xaea654        0xaea478
    Contents:
    0xaea654: Bad idea, 18
    0xaea478: Heap2, 40
    Heap1 destroyed!
    Heap2 destroyed!

那现在聚焦于第二个问题，为啥对象p3的析构函数没被调用，p1就不管了，毕竟被p3覆盖了，已经没了

这是因为和delete搭配的是常规new，不是定位new，所以程序中我们没有delete p2, delete p4,这会导致运行阶段错误（可是后面我试了，并没有任何错误？？？）

正确的办法是显式在程序中自己调用析构函数

p1->~JustTesting();
    delete p2;
    p3->~JustTesting();
    delete p4;

成功

JustTesting destroyed!
    Heap1 destroyed!
    Bad idea destroyed!
    Heap2 destroyed!

### 后创建先析构 ###

但是我这么做还不够正确，必须要把后创建的对象先析构（后创建先析构），因为后创建的对象有可能会依赖先创建的一些对象，如果按照先创建先析构的顺序，也许会出现错误（这里后来者没有依赖于先来者，所以没出错）

delete p4;
    p3->~JustTesting();
    delete p2;
    p1->~JustTesting();

Heap2 destroyed!
    Bad idea destroyed!
    Heap1 destroyed!
    JustTesting destroyed!

### But, 为啥我对定位new创建的对象delete，没报错，还成功调用了他们的析构函数？？？ ###

生活处处有惊喜

本来想写成这样看看报什么错误，结果没报错没警告，也没有运行时异常，一切完美，甚至还调用了定位new创建的对象的析构函数！！！

？？？

一脸懵逼

//main.cpp
    #include <iostream>
    #include <string>
    #include <new>
    typedef unsigned int uint;
    const uint BUF = 512;
    
    class JustTesting{ 
    private:
    	std::string word;
    	uint num;
    public:
    	//参数全部是默认参数的内联构造函数，所以编译器无需自己生成默认构造函数了
    	JustTesting(const std::string & w = "JustTesting", uint n = 0)
    	{ 
    		word = w;
    		num = n;
    		std::cout << w << " constructed!\n";
    	}
    	~JustTesting()
    	{ 
    		std::cout << word << " destroyed!\n";
    	}
    	void show() const
    	{ 
    		std::cout << word << ", " << num << '\n';
    	}
    };
    
    int main()
    { 
        char * buffer = new char[BUF];
    
        JustTesting * p1, * p2;
        p1 = new (buffer) JustTesting;
        p2 = new JustTesting("Heap1", 20);
        std::cout << "Memory addresses:\n";
        std::cout << (void *)buffer << '\t' << p1 << '\t' << p2 << '\n';
        std::cout << "Contents:\n";
        std::cout << p1 << ": ";
        p1->JustTesting::show();
        std::cout << p2 << ": ";
        p2->JustTesting::show();
    
        std::cout << '\n';
        JustTesting * p3, * p4;
        p3 = new (buffer + sizeof(JustTesting)) JustTesting("Bad idea", 18);
        p4 = new JustTesting("Heap2", 40);
        std::cout << "Memory addresses:\n";
        std::cout << (void *)buffer << '\t' << p3 << '\t' << p4 << '\n';
        std::cout << "Contents:\n";
        std::cout << p3 << ": ";
        p3->JustTesting::show();
        std::cout << p4 << ": ";
        p4->JustTesting::show();
        std::cout << '\n';
        
        //后创建先析构
    	delete p4;
    	delete p3;
    	delete p2;
        delete p1;
        delete [] buffer;
    
    	return 0;
    }

JustTesting constructed!
    Heap1 constructed!
    Memory addresses:
    0x76a638        0x76a638        0x766c50
    Contents:
    0x76a638: JustTesting, 0
    0x766c50: Heap1, 20
    
    Bad idea constructed!
    Heap2 constructed!
    Memory addresses:
    0x76a638        0x76a654        0x76a478
    Contents:
    0x76a654: Bad idea, 18
    0x76a478: Heap2, 40
    
    Heap2 destroyed!
    Bad idea destroyed!
    Heap1 destroyed!
    JustTesting destroyed!

我猜想大概是因为buffer的地址也是new分配的，所以也是堆内存，所以可以和delete搭配，没有出错。但是这个猜想立刻被证明是错误的：

因为我把char \* buffer = new char\[BUF\];换为

char temp[BUF];
    char * buffer = temp;

这样buffer指向的就不是堆内存，而是栈内存，但是结果还是完美无瑕，？？？

至今仍是迷雾重重，不得其解

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[Link 1]: https://blog.csdn.net/qq_36607894/article/details/104919774
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[Link 2]: https://blog.csdn.net/qq_36607894/article/details/104949112
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