【c++学习笔记三】构造函数、析构函数、拷贝构造函数小结

构造函数的定义与使用

构造函数是特殊的公有成员函数,其特征如下:
1.函数名与类名相同。
2.构造函数无函数返回类型说明。注意是没有而不是void,即什么也不写,也不可写void!实际上构造函数有返回值,返回的就是构造函数所创建的对象。
3.在程序运行时,当新的对象被建立,该对象所属的类的构造函数自动被调用,在该对象生存期中也只调用这一次。
4.构造函数可以重载。严格地讲,说明中可以有多个构造函数,它们由不同的参数表区分

 析构函数的定义

当一个对象定义时,C++自动调用构造函数建立该对象并进行初始化,那么当一个对象的生命周期结束时,C++也会自动调用一个函数注销该对象并进行善后工作,这个特殊的成员函数即析构函数(destructor):
1.  构函数名与类名相同,但在前面加上字符‘~’,如
~CGoods()。
2.  析构函数无函数返回类型,与构造函数在这方面是一样的。但析构函数不带任何参数。
3. 一个类有一个也只有一个析构函数,这与构造函数不同。析构函数可以缺省。
4. 对象注销时,系统自动调用析构函数。


一、 什么是拷贝构造函数 

同一个类的对象在内存中有完全相同的结构,如果作为一个整体进行复制或称拷贝是完全可行的。这个拷贝过程只需要拷贝数据成员,而函数成员是共用的(只有一份拷贝)。在建立对象时可用同一类的另一个对象来初始化该对象,这时所用的构造函数称为拷贝构造函数(Copy Constructor)。

拷贝构造函数的参数——采用引用。如果把一个真实的类对象作为参数传递到拷贝构造函数,会引起无穷递归 。
系统会自动提供,称为缺省的按成员语义支持的拷贝构造函数,每个类成员被依次拷贝,亦称为缺省的按成员初始化。按成员作拷贝是通过依次拷贝每个数据成员实现的,而不是对整个类对象按位拷贝。赋值运算符“=”称缺省的按成员拷贝赋值操作符,同类对象之间可以用“=”直接拷贝 。
通常按成员语义支持已经足够。但在某些情况下,它对类与对象的安全性和处理的正确性还不够,这时就要求类的设计者提供特殊的拷贝构造函数和拷贝赋值操作符的定义。

 实例:
CGood Car1(“夏利2000”,30,98000.00);
//调用三个参数的构造函数
CGood Car2= Car1; //调用拷贝构造函数
CGood Car3 ( Car1);
//调用拷贝构造函数,Car1为实参
这样三个对象的初始化结果完全一样

在类定义中如果没有显式给出构造函数时,并不是不用构造函数,而是由系统自动调用缺省的构造函数或缺省的拷贝构造函数。如果有程序设计者定义的构造函数(包括拷贝构造函数),则按函数重载的规律,调用合适的构造函数

当成员函数的参数为同一类(class)的对象或它的引用,在函数体内使用参数对象的私有数据成员时,可用对象名加成员访问操作符点号进行。从逻辑上讲,每个对象有自己的成员函数,访问同类其他对象的私有数据成员应通过该对象的公有函数,不能直接访问。但在物理上只有一个成员函数拷贝,所以直接访问是合理的

拷贝构造函数还在另二个方面使用:
1. 当函数的形参是类的对象,调用函数时,进行形参与实参结合时使用。这时要在内存新建立一个局部对象,并把实参拷贝到新的对象中。
2.当函数的返回值是类对象,函数执行完成返回调用者时使用。理由也是要建立一个临时对象中,再返回调用者。
因为局部对象在离开建立它的函数时就消亡了,不可能在返回调用函数后继续生存,所以在处理这种情况时,编译系统会在调用函数的表达式中创建一个无名临时对象,该临时对象的生存周期只在函数调用处的表达式中。所谓return 对象,实际上是调用拷贝构造函数把该对象的值拷入临时对象。如果返回的是变量,处理过程类似,只是不调用构造函数。

#include <iostream>
using namespace std;

class CExample {
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{ a = b;}

//一般函数
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};

int main()
{
CExample A(100);
CExample B = A; //注意这里的对象初始化要调用拷贝构造函数,而非赋值
B.Show ();
return 0;
}

运行程序,屏幕输出100。从以上代码的运行结果可以看出,系统为对象 B 分配了内存并完成了与对象 A 的复制过程。就类对象而言,相同类型的类对象是通过拷贝构造函数来完成整个复制过程的。
拷贝构造函数的工作过程。
#include <iostream>
using namespace std;

class CExample {
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{ a = b;}

//拷贝构造函数
CExample(const CExample& C)
{
a = C.a;
}

//一般函数
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};

int main()
{
CExample A(100);
CExample B = A; // CExample B(A); 也是一样的
B.Show ();
return 0;
}

CExample(const CExample& C) 就是我们自定义的拷贝构造函数。可见,拷贝构造函数是一种特殊的构造函数,函数的名称必须和类名称一致,它必须的一个参数是本类型的一个引用变量
二. 拷贝构造函数的调用时机
在C++中,下面三种对象需要调用拷贝构造函数
1. 对象以值传递的方式传入函数参数

class CExample
{
private:
int a;

public:
//构造函数
CExample(int b)
{
a = b;
cout<<“creat: “<<a<<endl;
}

//拷贝构造
CExample(const CExample& C)
{
a = C.a;
cout<<“copy”<<endl;
}

//析构函数
~CExample()
{
cout<< “delete: “<<a<<endl;
}

void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};

//全局函数,传入的是对象
void g_Fun(CExample C)
{
cout<<“test”<<endl;
}

int main()
{
CExample test(1);
//传入对象
g_Fun(test);

return 0;
}

 

调用g_Fun()时,会产生以下几个重要步骤:
(1).test对象传入形参时,会先会产生一个临时变量,就叫 C 吧。
(2).然后调用拷贝构造函数把test的值给C。 整个这两个步骤有点像:CExample C(test);
(3).等g_Fun()执行完后, 析构掉 C 对象。

2. 对象以值传递的方式从函数返回

class CExample
{
private:
int a;

public:
//构造函数
CExample(int b)
{
a = b;
}

//拷贝构造
CExample(const CExample& C)
{
a = C.a;
cout<<“copy”<<endl;
}

void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};

//全局函数
CExample g_Fun()
{
CExample temp(0);
return temp;
}

int main()
{
g_Fun();
return 0;
}

 

当g_Fun()函数执行到return时,会产生以下几个重要步骤:
(1). 先会产生一个临时变量,就叫XXXX吧。
(2). 然后调用拷贝构造函数把temp的值给XXXX。整个这两个步骤有点像:CExample XXXX(temp);
(3). 在函数执行到最后先析构temp局部变量。
(4). 等g_Fun()执行完后再析构掉XXXX对象。

对象需要通过另外一个对象进行初始化;

CExample A(100);

CExample B = A;

// CExample B(A); 

后两句都会调用拷贝构造函数。
三. 浅拷贝和深拷贝

1. 默认拷贝构造函数

很多时候在我们都不知道拷贝构造函数的情况下,传递对象给函数参数或者函数返回对象都能很好的进行,这是因为编译器会给我们自动产生一个拷贝构造函数,这就是“默认拷贝构造函数”,这个构造函数很简单,仅仅使用“老对象”的数据成员的值对“新对象”的数据成员一一进行赋值,它一般具有以下形式:

Rect::Rect(const Rect& r)
{
width = r.width;
height = r.height;
}

当然,以上代码不用我们编写,编译器会为我们自动生成。但是如果认为这样就可以解决对象的复制问题,那就错了,让我们来考虑以下一段代码:

 

class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数,计数器加1
{
count++;
}
~Rect() // 析构函数,计数器减1
{
count–;
}
static int getCount() // 返回计数器的值
{
return count;
}
private:
int width;
int height;
static int count; // 一静态成员做为计数器
};

int Rect::count = 0; // 初始化计数器

int main()
{
Rect rect1;
cout<<“The count of Rect: “<<Rect::getCount()<<endl;

Rect rect2(rect1); // 使用rect1复制rect2,此时应该有两个对象
cout<<“The count of Rect: “<<Rect::getCount()<<endl;

return 0;
}

这段代码对前面的类,加入了一个静态成员,目的是进行计数。在主函数中,首先创建对象rect1,输出此时的对象个数,然后使用rect1复制出对象rect2,再输出此时的对象个数,按照理解,此时应该有两个对象存在,但实际程序运行时,输出的都是1,反应出只有1个对象。此外,在销毁对象时,由于会调用销毁两个对象,类的析构函数会调用两次,此时的计数器将变为负数。

说白了,就是拷贝构造函数没有处理静态数据成员。

出现这些问题最根本就在于在复制对象时,计数器没有递增,我们重新编写拷贝构造函数,如下:

class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数,计数器加1
{
count++;
}
Rect(const Rect& r) // 拷贝构造函数
{
width = r.width;
height = r.height;
count++; // 计数器加1
}
~Rect() // 析构函数,计数器减1
{
count–;
}
static int getCount() // 返回计数器的值
{
return count;
}
private:
int width;
int height;
static int count; // 一静态成员做为计数器
};

2. 浅拷贝

所谓浅拷贝,指的是在对象复制时,只对对象中的数据成员进行简单的赋值,默认拷贝构造函数执行的也是浅拷贝。大多情况下“浅拷贝”已经能很好地工作了,但是一旦对象存在了动态成员,那么浅拷贝就会出问题了,让我们考虑如下一段代码:

class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数,p指向堆中分配的一空间
{
p = new int(100);
}
~Rect() // 析构函数,释放动态分配的空间
{
if(p != NULL)
{
delete p;
}
}
private:
int width;
int height;
int *p; // 一指针成员
};

int main()
{
Rect rect1;
Rect rect2(rect1); // 复制对象
return 0;
}

在这段代码运行结束之前,会出现一个运行错误。原因就在于在进行对象复制时,对于动态分配的内容没有进行正确的操作。我们来分析一下:

在运行定义rect1对象后,由于在构造函数中有一个动态分配的语句,因此执行后的内存情况大致如下:

 

 

在使用rect1复制rect2时,由于执行的是浅拷贝,只是将成员的值进行赋值,这时 rect1.p = rect2.p,也即这两个指针指向了堆里的同一个空间,如下图所示:

 

当然,这不是我们所期望的结果,在销毁对象时,两个对象的析构函数将对同一个内存空间释放两次,这就是错误出现的原因。我们需要的不是两个p有相同的值,而是两个p指向的空间有相同的值,解决办法就是使用“深拷贝”。

3. 深拷贝

在“深拷贝”的情况下,对于对象中动态成员,就不能仅仅简单地赋值了,而应该重新动态分配空间,如上面的例子就应该按照如下的方式进行处理:

class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数,p指向堆中分配的一空间
{
p = new int(100);
}
Rect(const Rect& r)
{
width = r.width;
height = r.height;
p = new int; // 为新对象重新动态分配空间
*p = *(r.p);
}
~Rect() // 析构函数,释放动态分配的空间
{
if(p != NULL)
{
delete p;
}
}
private:
int width;
int height;
int *p; // 一指针成员
};

此时,在完成对象的复制后,内存的一个大致情况如下:

 

此时rect1的p和rect2的p各自指向一段内存空间,但它们指向的空间具有相同的内容,这就是所谓的“深拷贝”。

3. 防止默认拷贝发生

通过对对象复制的分析,我们发现对象的复制大多在进行“值传递”时发生,这里有一个小技巧可以防止按值传递——声明一个私有拷贝构造函数。甚至不必去定义这个拷贝构造函数,这样因为拷贝构造函数是私有的,如果用户试图按值传递或函数返回该类对象,将得到一个编译错误,从而可以避免按值传递或返回对象。

// 防止按值传递
class CExample
{
private:
int a;

public:
//构造函数
CExample(int b)
{
a = b;
cout<<“creat: “<<a<<endl;
}

private:
//拷贝构造,只是声明
CExample(const CExample& C);

public:
~CExample()
{
cout<< “delete: “<<a<<endl;
}

void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};

//全局函数
void g_Fun(CExample C)
{
cout<<“test”<<endl;
}

int main()
{
CExample test(1);
//g_Fun(test); 按值传递将出错

return 0;
}

四. 拷贝构造函数的几个细节

 

1. 拷贝构造函数里能调用private成员变量吗?
解答:
这个问题是在网上见的,当时一下子有点晕。其时从名子我们就知道拷贝构造函数其时就是一个特殊的构造函数,操作的还是自己类的成员变量,所以不受private的限制。

 

2. 以下函数哪个是拷贝构造函数,为什么?

X::X(const X&);
X::X(X);
X::X(X&, int a=1);
X::X(X&, int a=1, int b=2);

解答:对于一个类X, 如果一个构造函数的第一个参数是下列之一:
a) X&
b) const X&
c) volatile X&
d) const volatile X&
且没有其他参数或其他参数都有默认值,那么这个函数是拷贝构造函数.

 

X::X(const X&); //是拷贝构造函数
X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数
X::X(X&, int a=1, int b=2); //当然也是拷贝构造函数

3. 一个类中可以存在多于一个的拷贝构造函数吗?
解答:
类中可以存在超过一个拷贝构造函数。

class X {
public:
X(const X&); // const 的拷贝构造
X(X&); // 非const的拷贝构造
};

注意,如果一个类中只存在一个参数为 X& 的拷贝构造函数,那么就不能使用const X或volatile X的对象实行拷贝初始化.

class X {
public:
X();
X(X&);
};

const X cx;
X x = cx; // error

如果一个类中没有定义拷贝构造函数,那么编译器会自动产生一个默认的拷贝构造函数。
这个默认的参数可能为 X::X(const X&)或 X::X(X&),由编译器根据上下文决定选择哪一个。

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