C++类和对象概念及实现详解（下篇）

爱被打了一巴掌 2023-09-26 17:24 116阅读 0赞

> **文章目录**
> 
> 一、类的六个默认成员函数详解
> 
> 1、拷贝构造
> 
> 1、1 拷贝构造的引入及概念
> 
> 1、2 拷贝构造函数的特征
> 
> 2、赋值运算符重载
> 
> 2、1 运算符重载
> 
> 2、2 赋值运算符重载
> 
> 3、普通对象取地址
> 
> 4、const对象取地址
> 
> 二、类和对象重点知识点
> 
> 1、初始化列表
> 
> 2、static成员
> 
> 3、友元函数
> 
> 4、友元类
> 
> 总结
> 
> --------------------
> 
> ## **标题：类和对象概念及实现详解（下篇）** ##
> 
> ## **作者：@Ggggggtm** ##
> 
> ## **寄语：与其忙着诉苦，不如低头赶路，奋路前行，终将遇到一番好风景** ##
> 
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## 一、类的六个默认成员函数详解 ##

> 我们这里接着[C++类和对象概念及实现详解（上篇）][C]来写。C++类和对象概念及实现详解上篇中我们重点解释了类的储存方式、类和对象的概念、this指针、构造函数、析构函数。这篇文章我们主要对剩余的四个默认成员函数**拷贝构造、赋值运算符重载、普通对象取地址、const对象取地址，**以及**运算符重载、友元函数、static成员等重点内容**进行详解。

### 1、拷贝构造 ###

#### 1、1 拷贝构造的引入及概念 ####

> 我们想象一下：在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一摸一样的新对象呢？答案是可以的。那怎么创建一个一样的新对象呢？是自己对新对象初始化吗？其实是不用的。C++在这里提供了一个默认的成员函数，也就是拷贝构造，来完成创建一个新的一摸一样的对象。我们先来看一下拷贝构造的概念。
> 
> **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。**

#### 1、2 拷贝构造函数的特征 ####

> 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。
> 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。
> 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，但是要注意的是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：**使用已存在对象创建新对象**、**函数参数类型为类类型对象**、**函数返回值类型为类类型对象。**

> **特征2**中提到，形参必须是类类型对象的引用，使用传值的话为什么会引发我穷递归呢？因为我们传的实参是自定义类，**传值的形参初始化是实参调用拷贝构造函数完成的**。下一个拷贝构造函数形参初始化又要调用拷贝构造函数，所以会无限递归。

> **特征3**需要注意的是：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。我们结合着以下代码理解一下。

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,_t为自定义类型，会自动调用自己的构造函数完成拷贝
        Date d2(d1);
        return 0;
    }

### 2、赋值运算符重载 ###

#### 2、1 运算符重载 ####

> 在学习赋值运算符重载时，我们先学习一下运算符重载。
> 
> 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。  
> **函数名字为**：**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)。
> 
> 运算符重载有五个需要注意的点：
> 
> 1.  不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@；
> 2.  重载操作符必须有一个类类型参数；
> 3.  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；
> 4.  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；
> 5.  **.\* :: sizeof ?: .**  注意以上5个运算符不能重载。
> 
> 大家可结合下面的例子来理解一下运算符重载。

class Date
    {
    public:
        Date(int year = 1900, 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& d2)
    {
        return _year == d2._year;
        && _month == d2._month
        && _day == d2._day;
    }
    private:
        int _year;
        int _month;
        int _day;
    };
    void Test ()
    {
        Date d1(2022, 12, 26);
        Date d2(2022, 12, 27);
        cout<<(d1 == d2)<<endl;
    }

#### 2、2 赋值运算符重载 ####

> **赋值运算符重载格式**：
> 
>  *  参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率；
>  *  返回值类型：T&，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 ：要复合连续赋值的含义。
> 
> 结合下面代码理解。

class Date
    {
    public :
        Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
        {
            _year = year;
            _month = month;
            _day = day;
        }
        Date (const Date& d)
        {
            _year = d._year;
            _month = d._month;
            _day = d._day;
        }
        Date& operator=(const Date& d)
        {
            if(this != &d)//判断是否自己给自己复制
            {
                _year = d._year;
                _month = d._month;
                _day = d._day;
            }
            return *this;
        }
    private:
        int _year ;
        int _month ;
        int _day ;
    };

> 这里还有需要注意的是2赋值运算符**只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数。**为什么呢？原因是赋值运算符如果在类中不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。
> 
> 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝（浅拷贝）。注意：**内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。**

### 3、普通对象取地址 ###

> 普通对象取地址默认成员函数一般不用重新定义 ，编译器默认会生成。一般编译器自动生成的基本上会满足我们的需求。理解起来也很简单，我们直接看代码。

class Date
    {
        public :
        Date* operator&()
        {
            return this ;
        }
    
    private :
        int _year ; // 年
        int _month ; // 月
        int _day ; // 日
    };

> 我们这里直接返回this指针即可。

### 4、**const对象取地址** ###

> const对象取地址与普通对象取地址大同小异，const修饰的对象内容不可被更改，所以我们传址的时候需要加上const修饰形参指针。我们直接看代码。

class Date
    {
    public :
        const Date* operator&()const
        {
            return this ;
        }
    private :
        int _year ; // 年
        int _month ; // 月
        int _day ; // 日
    };

> 普通对象取地址、const对象取地址这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成要重载，比如想让别人获取到指定的内容（返回空指针）！

## 二、类和对象重点知识点 ##

### 1、初始化列表 ###

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

> 虽然上述构造函数调用之后，对象中已经有了一个初始值，但是不能将其称为对对象中成员变量的初始化，**构造函数体中的语句只能将其称为赋初值**，而不能称作初始化。因为初始化只能初始化一次，而构造函数体内可以多次赋值

> 那对象的成员变量是在哪里初始化的呢？是在**构造函数的初始化列表**进行的。
> 
> **初始化列表**：以一个**冒号开始**，接着是**一个以逗号分隔的数据成员列表**，每个"成员变量"后面跟一个放在**括号**中的初始值或表达式。我们结合下面代码理解。

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

> **初始化列表需要注意的几点**：
> 
> 1.  每个成员变量在初始化列表中只能出现一次(初始化只能初始化一次)；；
> 2.  **引用成员变量、const成员变量、自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)**  
>     ，这三个成员变量必须放在初始化列表位置进行初始化；
> 3.  尽量使用初始化列表初始化，因为不管你是否使用初始化列表，对于自定义类型成员变量，一定会先使用初始化列表初始化。
> 4.  **成员变量在类中声明次序就是其在初始化列表中的初始化顺序**，与其在初始化列表中的先后次序无关。

### 2、static成员 ###

> 声明为static的类成员称为类的静态成员，用static修饰的成员变量，称之为**静态成员变量**；用static修饰的成员函数，称之为**静态成员函数**。静态成员变量一定要在类外进行初始化

> **static修饰特征：**
> 
> 1.  静态成员为所有类对象所共享，**不属于某个具体的对象，存放在静态区；**
> 2.  **静态成员变量必须在类外定义**，定义时不添加static关键字，类中只是声明；
> 3.  类静态成员即可用**类名::静态成员** 或者**对象.静态成员**来访问；
> 4.  静态成员函数**没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员；**
> 5.  **静态成员也是类的成员**，受public、protected、private 访问限定符的限制。

### 3、友元函数 ###

> 我们都知道在类的外面是不能访问私有成员的。那要是我们在类外面定义的函数必须要调用类的私有成员呢？这里C++提供了友元函数。
> 
>  **友元函数**可以直接访问类的私有成员，它是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但需要**在类的内部声明，声明时需要加friend关键字。**  
> 例如当我们实现运算符'>>'和‘<<’的重载时就使用到了友元函数，我们看下面代码。

class Date
    {
        friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
        friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
    public:
        Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
        : _year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
        {}
    private:
        int _year;
        int _month;
        int _day;
    };
    ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
    {
        _cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
        return _cout;
    }
    istream& operator>>(istream& _cin, Date& d)
    {
        _cin >> d._year;
        _cin >> d._month;
        _cin >> d._day;
        return _cin;
    }
    int main()
    {
        Date d;
        cin >> d;
        cout << d << endl;
        return 0;
    }

> **友元函数说明：**
> 
> 1.  友元函数可访问类的私有和保护成员，但**不是类的成员函数**；
> 2.  友元函数**不能用const修饰**；
> 3.  友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制；
> 4.  **一个函数可以是多个类的友元函数**；
> 5.  友元函数的调用与普通函数的调用原理相同。

### 4、友元类 ###

> 友元类的所有成员函数都可以是另一个类的友元函数，**都可以访问另一个类中的非公有成员。**
> 
>  *  友元关系是单向的，不具有交换性。
>  *  比如上述Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，那么可以在Date类中直接
>  *  访问Time类的私有成员变量，但想在Time类中访问Date类中私有的成员变量则不行。
>  *  友元关系不能传递
>  *  如果C是B的友元， B是A的友元，则不能说明C时A的友元。

class Time
    {
        friend class Date; // 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类
                           // 中的私有成员变量
    public:
        Time(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0)
        : _hour(hour)
        , _minute(minute)
        , _second(second)
        {}
    private:
        int _hour;
        int _minute;
        int _second;
    };
    class Date
    {
    public:
        Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
        : _year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
        {}
        void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
        {
            // 直接访问时间类私有的成员变量
            _t._hour = hour;
            _t._minute = minute;
            _t._second = second;
        }
    private:
        int _year;
        int _month;
        int _day;
        Time _t;
    };

## 总结 ##

> 类和对象细节较多，也是相对来叔十分重要的一部分，需要我们**重点但掌握六个默认成员函数、类和对象的基本定义、this指针、static成员、初始化列表、友元函数和友元类。** 反复学习达到熟能生巧。

> 类和对象的讲解就到这里，希望以上内容对你有所帮助，感谢观看ovo！

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