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【C++】5.类和对象（3）

news 来源：原创 2024/9/21 8:00:10

文章目录

3.析构函数
- 析构函数的特点：
4.拷贝构造函数
- 拷贝构造的特点：

3.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，函数结束栈帧销毁，他就释放了，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。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。 (这里跟构造类似，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。
跟构造函数类似，我们不写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显示写析构函数，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。
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。

#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(){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://编译器默认生成MyQueue的析构函数调用了Stack的析构，释放的Stack内部的资源// 显示写析构，也会自动调用Stack的析构/*~MyQueue(){}*/private:Stack pushst;Stack popst;
};
int main()
{Stack st;MyQueue mq;return 0;
}

对比一下用C++和C实现的Stack解决之前括号匹配问题isValid，我们发现有了构造函数和析构函数确实方便了很多，不会再忘记调用Init和Destory函数了，也方便了不少。

#include<iostream>
using namespace std;
// 用最新加了构造和析构的C++版本Stack实现
bool isValid(const char* s) {Stack st;while (*s){if (*s == '[' || *s == '(' || *s == '{'){st.Push(*s);}else{// 右括号比左括号多，数量匹配问题if (st.Empty()){return false;}// 栈里面取左括号char top = st.Top();st.Pop();// 顺序不匹配if ((*s == ']' && top != '[')|| (*s == '}' && top != '{')|| (*s == ')' && top != '(')){return false;}}++s;}// 栈为空，返回真，说明数量都匹配 左括号多，右括号少匹配问题return st.Empty();
}
// 用之前C版本Stack实现
bool isValid(const char* s) {ST st;STInit(&st);while (*s){// 左括号入栈if (*s == '(' || *s == '[' || *s == '{'){STPush(&st, *s);}else // 右括号取栈顶左括号尝试匹配{if (STEmpty(&st)){STDestroy(&st);return false;}char top = STTop(&st);STPop(&st);// 不匹配if ((top == '(' && *s != ')')|| (top == '{' && *s != '}')|| (top == '[' && *s != ']')){STDestroy(&st);return false;}}++s;}// 栈不为空，说明左括号比右括号多，数量不匹配bool ret = STEmpty(&st);STDestroy(&st);return ret;
}
int main()
{cout << isValid("[()][]") << endl;cout << isValid("[(])[]") << endl;return 0;
}

/*
关于编译器自动生成的析构函数，是否会完成一些事情呢？下面的程序我们会看到，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。
*/
class Time
{
public:~Time(){cout << "~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 d;return 0;
}/*程序运行结束后输出：~Time()在main方法中根本没有直接创建Time类的对象，为什么最后会调用Time类的析构函数？因为：main方法中创建了Date对象d，而d中包含4个成员变量，其中_year, _month, _day三个是内置类型成员，销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可；而_t是Time类对象，所以在d销毁时，要将其内部包含的Time类的_t对象销毁，所以要调用Time类的析构函数。但是：main函数中不能直接调用Time类的析构函数，实际要释放的是Date类对象，所以编译器会调用Date类的析构函数，而Date没有显式提供，则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数，目的是在其内部调用Time类的析构函数，即当Date对象销毁时，要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁main函数中并没有直接调用Time类析构函数，而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数注意：创建哪个类的对象则调用该类的析构函数，销毁那个类的对象则调用该类的析构函数
*//*
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。
*/

注意：
一般情况下，有动态申请的资源，就需要显示所写的析构函数，来释放资源。

例如：栈需要写析构
没有动态申请的资源，不需要写析构函数。因为没有资源需要释放。

例如：
class Data{
private:int _year;int _month;int _day;int _arr[100];
};
需要释放资源的成员都是自定义类型，不需要写析构函数。

例如：
class MyQue{
private:Stack _pushst;Stack _popst;
};
因为默认生成的构造会自动调用默认构造函数

默认生成的析构会自动调用默认析构函数

4.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。拷贝构造函数也可以多个参数，但是第一个参数必须是类类型对象的引用，后面的参数必须有缺省值。
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，编译器会生成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。
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。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。
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，这时的引用相当于一个野引用，类似一个野指针一样。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。

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}// d2(d1)//Date(Date& d);// 正确写法//拷贝构造函数Date(const Date& d){cout << "Date(Date& d)" << endl;//注意：_year = d._year;这个里面的_year不是private:里面的int _year;//_year = d._year;这个左边的_year是d2的_year，也就是this->_year，因为this指针是d2，也就是d2传给了this//右边的d._year是d，也就是d1的_year_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;/*d._year = _year;d._month = _month;d._day = _day;*/}
private:int _year;int _month;int _day;
};class MyQueue
{
private:/*Stack _pushst;Stack _popst;*/
};void func(int i){}void func(Date d) {}int main()
{// 可以不写，默认生成的拷贝构造就可以用Date d1(2023, 4, 25);Date d2(d1);//Data(Data& d)里面的d是d1的别名//this指针是d2，也就是d2传给了this//内置类型直接拷贝，void func(int i);//直接把4个字节的10拷贝给ifunc(10);//自定义类型的拷贝，规定了要定义拷贝构造去拷贝//void func(Date d){}会先调用Date(const Date& d);然后进入void func(Date d) //如果Date(const Date& d);改成了Date(Date d);那么就会出现无限递归，编译器会报错func(d1);// 必须自己实现，实现深拷贝/*Stack st1;Stack st2(st1);*/return 0;
}

警惕无穷递归！

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}Date(const Date& d);// 正确写法//Date(const Date& d)   // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归//{//	_year = d._year;//	_month = d._month;//	_day = d._day;//}private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;Date d2(d1);return 0;
}

1)：内置类型成员完成值拷贝/浅拷贝

2)：自定义类型成员会调用它的拷贝构造

自定义类型指向浅拷贝会出现两个问题：

析构两次，报错

一个函数修改会影响另一个函数

Data和MyQueue都不需要写。因为MyQueue里面会调用Stack，而Stack需要自己实现。Stack的实现和MyQueue无关。

Stack需要自己实现

class Stack
{
public:Stack(int capacity = 4){cout << "Stack()" << endl;_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);if (nullptr == _a){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = capacity;		_top = 0;}// st2(st1)Stack(const Stack& st){_a = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);if (nullptr == _a){perror("malloc申请空间失败");return;}memcpy(_a, st._a, sizeof(int) * st._top);_top = st._top;_capacity = st._capacity;}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;free(_a);_a = nullptr;_capacity = _top = 0;}private:int* _a = nullptr;int _top = 0;int _capacity;
};class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}private:int _year;int _month;int _day;
};class MyQueue
{
private:Stack _pushst;Stack _popst;
};int main()
{//1):内置类型成员完成值拷贝/浅拷贝// 可以不写，默认生成的拷贝构造就可以用Date d1(2023, 4, 25);Date d2(d1);//Data(Data& d)里面的d是d1的别名//this指针是d2，也就是d2传给了this//2);自定义类型成员会调用它的拷贝构造//如果只传值，那么就会导致两个函数指向了同一个空间，析构函数调用的话就崩了// 而且就算不析构函数也会出问题。比如给其中一个函数赋值会影响另一个函数// 所以必须调用拷贝构造函数// 必须自己实现拷贝构造函数，实现深拷贝//栈后进先出，后创建的先析构，st2先析构，st1后析构//添加Stack(const Stack& st);前，会报错，因为st1和st2的析构函数指向了同一个空间，而一个空间无法释放两次//添加Stack(const Stack& st);后，不报错了//Stack(const Stack& st);就是我们自己实现的深拷贝Stack st1;Stack st2(st1);return 0;
}

注意：

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。

为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用尽量使用引用。

//这个采用引用返回是可以的，因为采用引用返回可以减少拷贝，而且函数结束后返回的值是没被销毁的
Stack& func1(){static Stack st;return st;
}
//这个采用引用返回是不可以的，因为函数结束后返回的值是被销毁了
Stack& func2(){Stack st;return st;
}int main(){func1();func2();return 0;
}

传引用返回要谨慎，传值引用没事

Stack& Func()
{static Stack st;//改成Stack st;就不行，因为Stack st;在Func()结束后就销毁了，就会导致拷贝构造传值错误st.Push(1);st.Push(2);st.Push(3);//...return st;
}int main()
{Stack ret = Func();cout << ret.Top() << endl;return 0;
}

class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}// Date d2(d1);//是拷贝构造/*Date(const Date& d){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}*/// 不是拷贝构造，就是一个普通构造//Date(Date* p)//{//	_year = p->_year;//	_month = p->_month;//	_day = p->_day;//}//析构函数~Date(){cout << "~Date()" << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};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;}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;}STDataType Top(){assert(_top > 0);return _a[_top - 1];}// st2(st1)Stack(const Stack& st){_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;}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;free(_a);_a = nullptr;_top = _capacity = 0;}private:STDataType* _a;size_t _capacity;size_t _top;
};class MyQueue
{
public:
private:Stack pushst;Stack popst;
};void Func(Stack st){}void Func(int x){}Date f()
{Date ret;//...return ret;
}int main()
{Date d1(2024, 8, 9);//都是拷贝构造//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)Date d2(d1);Date d4 = d1;Date d5(f());Date d6 = f();//Satck不可以浅拷贝，因为Stack这里_a是一个指针，直接浅拷贝会导致两个指针指向同一块空间，析构就会崩溃Stack st1(10);Stack st2(st1);Func(st1);Func(1);MyQueue m1;MyQueue m2(m1);return 0;
}

这里就不调用拷贝构造了，因为这里是引用返回，不是传值返回

传值返回，返回的是值的拷贝，所以要调用拷贝构造

引用返回，返回的不是值的拷贝，返回的是它的别名，所以不调用拷贝构造
Date& operator=(const Date& d)//返回的是*this这个对象的别名，*this是d4
{if (this != &d)//以预防d1 = d1;的情况{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}return *this;
}