C++类与对象的重点知识点详细分析

2023-02-13 12:02:29 对象知识点重点

一、类的六个默认成员函数详解

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。

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：

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。
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。
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。
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：

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。

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：

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)；
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；
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。
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：

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；
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；
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；
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；
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：

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；
友元函数不能用const修饰；
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；
一个函数可以是多个类的友元函数；
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。

到此这篇关于C++类与对象的重点知识点详细分析的文章就介绍到这了,更多相关C++类与对象内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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