我们这里接着C++类与对象的基础知识点详细分析来写。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。
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。
拷贝构造函数也是特殊的成员函数,其特征如下:
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; }
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:
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; }
赋值运算符重载格式:
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。
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。
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)!
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:
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:
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:
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。
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; };
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。