前言在 C 面向?qū)ο缶幊讨小邦惻c對(duì)象” 是核心基石而默認(rèn)成員函數(shù)則是編譯器為類自動(dòng)生成的 “隱藏助手”—— 即使你沒顯式寫它們也在默默工作。本文將從實(shí)際開發(fā)角度拆解類的 6 個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)幫你搞懂 “為什么需要它們”“怎么用” 以及 “踩坑點(diǎn)在哪”。同時(shí)友情提示一下這一篇的深拷貝可以先不管我是學(xué)完后面的回來寫博客所以隨便實(shí)現(xiàn)了一下我在 STL 的底層實(shí)現(xiàn)的時(shí)候會(huì)具體細(xì)致地講。一、什么是默認(rèn)成員函數(shù)如果一個(gè)類中什么成員都沒寫空類編譯器會(huì)自動(dòng)生成 6 個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)。它們的核心作用是處理對(duì)象的 “初始化、清理、拷貝、賦值、取地址” 等基礎(chǔ)操作?？疹恈lass Date {};看似空實(shí)則包含以下 6 個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)函數(shù)類型核心作用顯式實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景構(gòu)造函數(shù)對(duì)象創(chuàng)建時(shí)初始化需自定義初始化邏輯如日期析構(gòu)函數(shù)對(duì)象銷毀時(shí)清理資源類內(nèi)有動(dòng)態(tài)內(nèi)存如棧、鏈表拷貝構(gòu)造函數(shù)用已有對(duì)象創(chuàng)建新對(duì)象Date d2(d1)涉及資源拷貝避免淺拷貝賦值運(yùn)算符重載對(duì)象間賦值d2 d1涉及資源賦值避免淺拷貝普通取地址重載獲取普通對(duì)象地址幾乎不用默認(rèn)實(shí)現(xiàn)足夠const取地址重載獲取const對(duì)象地址幾乎不用默認(rèn)實(shí)現(xiàn)足夠需要注意的是這 6 個(gè)中最重要的是前 4 個(gè)。最后兩個(gè)取地址重載不重要我們稍微了解一下即可。其次就是 C11 以后還會(huì)增加兩個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)移動(dòng)構(gòu)造和移動(dòng)賦值這個(gè)我們后面再講解。默認(rèn)成員函數(shù)很重要也比較復(fù)雜我們要從兩個(gè)方面去學(xué)習(xí)第一我們不寫時(shí)編譯器默認(rèn)生成的函數(shù)行為是什么是否滿足我們的需求。第二編譯器默認(rèn)生成的函數(shù)不滿足我們的需求我們需要自己實(shí)現(xiàn)那么如何自己實(shí)現(xiàn)二、構(gòu)造函數(shù)2.1 構(gòu)造函數(shù)的定義每次創(chuàng)建對(duì)象時(shí)編譯器都會(huì)自動(dòng)調(diào)用一次構(gòu)造函數(shù) —— 它的核心不是 “創(chuàng)建對(duì)象”開空間由編譯器負(fù)責(zé)而是 “給對(duì)象的成員變量賦初始值”避免成員變量出現(xiàn)隨機(jī)值。構(gòu)造函數(shù)的本質(zhì)是要替代我們以前寫的Init函數(shù)的功能構(gòu)造函數(shù)自動(dòng)調(diào)用的特點(diǎn)就完美的替代了Init。2.2 構(gòu)造函數(shù)特性與創(chuàng)建函數(shù)名與類名相同。無返回值。返回值啥都不需要給也不需要寫void不要糾結(jié)C 規(guī)定如此構(gòu)造函數(shù)可以重載無參、帶參、全缺省都可。classDate{public:// 1. 無參構(gòu)造編譯器默認(rèn)生成的就是類似無參版本Date(){_year1900;_month1;_day1;}// 2. 帶參構(gòu)造重載版本支持自定義初始化Date(intyear,intmonth,intday){_yearyear;_monthmonth;_dayday;}private:int_year;int_month;int_day;};// 使用示例intmain(){Date d1;// d1實(shí)例化時(shí)自動(dòng)調(diào)用無參構(gòu)造Dated2(2024,5,20);// 調(diào)用帶參構(gòu)造// Date d3(); // 錯(cuò)誤這是聲明函數(shù)不是創(chuàng)建對(duì)象return0;}寫到這里我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)造函數(shù)的優(yōu)勢(shì)了但是還可以結(jié)合我們的缺省值這個(gè)知識(shí)點(diǎn)我們可以只寫一個(gè)來替代我們剛剛寫的那兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)請(qǐng)看全缺省構(gòu)造函數(shù)Date(intyear2025,intmonth2,intday20){_yearyear;_monthmonth;_dayday;}瞬間減少了我們的代碼量。但是這個(gè)全缺省的構(gòu)造函數(shù)和無參的構(gòu)造函數(shù)不能同時(shí)出現(xiàn)因?yàn)檫@樣編譯器就不知道調(diào)用哪一個(gè)了。2.3 編譯器默認(rèn)生成的構(gòu)造函數(shù)如果類中沒有顯式定義構(gòu)造函數(shù)則 C 編譯器會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)無參的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)一旦用戶顯式定義編譯器將不再生成。我們先來看看編譯器生成的classDate{public:voidprint(){cout_year-_month-_dayendl;}private:int_year;int_month;int_day;};intmain(){Date d1;// d1實(shí)例化時(shí)自動(dòng)調(diào)用默認(rèn)生成的無參構(gòu)造d1.print();return0;}我們發(fā)現(xiàn)好像編譯器生成的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)好像啥也沒干還是隨機(jī)值那它有啥用別急我們繼續(xù)看classTime{public:// Time的默認(rèn)構(gòu)造Time(){coutTime()被調(diào)用endl;_hour0;_minute0;_second0;}private:int_hour,_minute,_second;};classDate{public:voidprint(){cout_year-_month-_dayendl;}private:int_year;int_month;int_day;Time _t;};intmain(){Date d1;// d1實(shí)例化時(shí)自動(dòng)調(diào)用默認(rèn)生成的無參構(gòu)造d1.print();return0;}我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)生成的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)會(huì)調(diào)用 “自定義類型成員”Time的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。也就是它沒給內(nèi)置類型int/char等賦初始值但是會(huì)調(diào)用 “自定義類型成員” 的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。注意再一次強(qiáng)調(diào)無參構(gòu)造、全缺省構(gòu)造、編譯器默認(rèn)生成的構(gòu)造函數(shù)都屬于 “默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)”—— 它們的共同點(diǎn)是 “調(diào)用時(shí)不用傳參”。一個(gè)類中只能有一個(gè)默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)否則會(huì)沖突三、析構(gòu)函數(shù)3.1 析構(gòu)函數(shù)的定義通過前面構(gòu)造函數(shù)的學(xué)習(xí)我們知道一個(gè)對(duì)象是怎么來的那一個(gè)對(duì)象又是怎么沒的呢析構(gòu)函數(shù)與構(gòu)造函數(shù)功能相反析構(gòu)函數(shù)不是完成對(duì)對(duì)象本身的銷毀C 規(guī)定對(duì)象在銷毀時(shí)生命周期結(jié)束會(huì)自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)完成對(duì)象中資源的清理釋放工作。析構(gòu)函數(shù)的功能類比我們之前的Destroy功能。為什么析構(gòu)函數(shù)不是完成對(duì)對(duì)象本身的銷毀因?yàn)閷?duì)象是存在棧幀只有函數(shù)結(jié)束棧幀銷毀并釋放3.2 析構(gòu)函數(shù)特性與創(chuàng)建函數(shù)名 ~有點(diǎn)像取反的意思類名無參數(shù)、無返回值一個(gè)類只能有一個(gè)析構(gòu)函數(shù)不能重載若未顯式實(shí)現(xiàn)編譯器會(huì)生成默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)。3.3 編譯器默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)和默認(rèn)構(gòu)造類似默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)會(huì)調(diào)用 “自定義類型成員” 的析構(gòu)函數(shù)而內(nèi)置類型成員無需清理內(nèi)存由編譯器回收classTime{public:~Time(){cout~Time()被調(diào)用endl;}private:int_hour,_minute,_second;};classDate{private:int_year1970;// 內(nèi)置類型默認(rèn)析構(gòu)不處理Time _t;// 自定義類型默認(rèn)析構(gòu)調(diào)用~Time()};intmain(){Date d;// 程序結(jié)束時(shí)輸出~Time()被調(diào)用return0;}3.4 什么時(shí)候要顯式寫析構(gòu)函數(shù)沒有空間申請(qǐng)的類不需要析構(gòu)函數(shù)比如只有內(nèi)置類型的因?yàn)樗鼈儧]有在堆上開辟空間都是在棧上開空間出來它們出了函數(shù)的作用域會(huì)自動(dòng)銷毀把空間還給操作系統(tǒng)。日期類classDate{public://…………………private:int_year;int_month;int_day;};日期類都是內(nèi)置類型我們就可以不用寫棧類的析構(gòu)函數(shù)typedefintDataType;classStack{public:// 構(gòu)造函數(shù)申請(qǐng)動(dòng)態(tài)內(nèi)存Stack(size_t capacity4){_array(DataType*)malloc(sizeof(DataType)*capacity);if(_arraynullptr){perror(malloc失敗);return;}_capacitycapacity;_size0;}// 析構(gòu)函數(shù)釋放動(dòng)態(tài)內(nèi)存必須顯式寫~Stack(){if(_array!nullptr){free(_array);// 釋放內(nèi)存_arraynullptr;// 避免野指針_capacity0;_size0;}}private:DataType*_array;// 動(dòng)態(tài)內(nèi)存指針size_t _capacity;size_t _size;};// 使用示例voidTestStack(){Stack s;// 創(chuàng)建對(duì)象調(diào)用構(gòu)造s.Push(1);s.Push(2);}// s出作用域自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)釋放內(nèi)存因?yàn)橄駰＿@種它有動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存在堆上的系統(tǒng)生成的它不會(huì)去清理堆上的就不夠用了我們要顯式寫析構(gòu)函數(shù)。3.5 總結(jié)對(duì)象生命周期結(jié)束系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用默認(rèn)的析構(gòu)函數(shù)。有資源申請(qǐng)的類需要寫析構(gòu)函數(shù)。有多個(gè)對(duì)象需要析構(gòu)的時(shí)候后創(chuàng)建的先析構(gòu)。因?yàn)闂筮M(jìn)先出。四、拷貝構(gòu)造函數(shù)4.1 拷貝構(gòu)造函數(shù)的定義用一個(gè)已存在的對(duì)象創(chuàng)建新對(duì)象時(shí)如Date d2(d1)編譯器會(huì)自動(dòng)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。也就是說拷貝構(gòu)造是一個(gè)特殊的構(gòu)造函數(shù)。它的核心是 “復(fù)制對(duì)象的成員變量”但要注意 “淺拷貝” 的坑。4.2 拷貝構(gòu)造函數(shù)特性與創(chuàng)建是構(gòu)造函數(shù)的重載形式函數(shù)名 類名參數(shù)必須是 “類類型的引用”Date d若未顯式實(shí)現(xiàn)編譯器會(huì)生成默認(rèn)拷貝構(gòu)造淺拷貝。引用前面最好加上const限制。保護(hù)用來拷貝的那個(gè)數(shù)據(jù)Date(constDated){_yeard._year;_monthd._month;_dayd._day;}采用const引用的原因可以保護(hù)形式參數(shù)不被改變。傳值傳參拷貝構(gòu)造函數(shù)只是一個(gè)中轉(zhuǎn)。我不希望它在函數(shù)體內(nèi)對(duì)我的原來的對(duì)象造成修改。為什么參數(shù)必須是引用如果參數(shù)是傳值Date(const Date d)調(diào)用拷貝構(gòu)造時(shí)會(huì)先復(fù)制實(shí)參到形參 —— 而復(fù)制形參又需要調(diào)用拷貝構(gòu)造簡(jiǎn)而言之傳參會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造調(diào)用拷貝構(gòu)造又要調(diào)用拷貝構(gòu)造形成 “無窮遞歸”具體可以看下面的圖classDate{public:// 正確寫法參數(shù)是const引用const避免修改原對(duì)象引用避免遞歸Date(constDated){_yeard._year;_monthd._month;_dayd._day;}Date(intyear0,intmonth1,intday1){_yearyear;_monthmonth;_dayday;}// 錯(cuò)誤寫法參數(shù)傳值引發(fā)無窮遞歸// Date(const Date d) {}private:int_year,_month,_day;};intmain(){Date d1;Dated2(d1);return0;}調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)的另外一種方法第二種調(diào)用方法實(shí)質(zhì)上等價(jià)于第一種。但是可讀性更高Date d1;Date d2d1;4.3 編譯器默認(rèn)生成拷貝構(gòu)造函數(shù)與構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)不同自動(dòng)生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)會(huì)管內(nèi)置類型。若未顯式定義拷貝構(gòu)造編譯器會(huì)自動(dòng)生成拷貝構(gòu)造函數(shù)。自動(dòng)生成的拷貝構(gòu)造對(duì)內(nèi)置類型成員變量會(huì)完成值拷貝 / 淺拷貝對(duì)自定義類型成員變量會(huì)調(diào)用它的拷貝構(gòu)造。我們發(fā)現(xiàn)自己不寫也會(huì)完成因?yàn)榫幾g器生成的會(huì)按照字節(jié)進(jìn)行拷貝。情況一類成員均為內(nèi)置類型且不管理資源例如Date類。編譯器生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)會(huì)完成值拷貝因此不需要我們顯式實(shí)現(xiàn)拷貝構(gòu)造。情況二類成員包含自定義類型且該類型已正確實(shí)現(xiàn)拷貝構(gòu)造函數(shù)例如Myqueue類其內(nèi)部成員主要是自定義類型Stack的對(duì)象。編譯器自動(dòng)生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)會(huì)調(diào)用Stack的拷貝構(gòu)造函數(shù)因此也不需要我們顯式實(shí)現(xiàn)Myqueue的拷貝構(gòu)造。情況三類管理動(dòng)態(tài)資源例如Stack類其成員_a指向了資源。編譯器自動(dòng)生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)僅完成值拷貝 / 淺拷貝僅復(fù)制指針值并不符合我們的需求因此必須手動(dòng)實(shí)現(xiàn)深拷貝即對(duì)指針?biāo)赶虻馁Y源也進(jìn)行完整拷貝。4.4 淺拷貝的坑什么時(shí)候必須顯式寫拷貝構(gòu)造像上面的情況三就要自己寫了系統(tǒng)生成的無法完成。我們先看為什么解決辦法深拷貝深拷貝的核心是 “給新對(duì)象重新申請(qǐng)資源”避免指針指向同一塊內(nèi)存classStack{public:// 深拷貝構(gòu)造Stack(constStacks){// 給新對(duì)象重新申請(qǐng)內(nèi)存_array(DataType*)malloc(sizeof(DataType)*s._capacity);if(_arraynullptr){perror(malloc失敗);return;}// 復(fù)制數(shù)據(jù)不是復(fù)制指針memcpy(_array,s._array,sizeof(DataType)*s._size);_capacitys._capacity;_sizes._size;}// 構(gòu)造、析構(gòu)同上...};五、賦值運(yùn)算符重載5.1 運(yùn)算符重載比如我們?nèi)绻容^日期類對(duì)象的大小按照我們現(xiàn)有的知識(shí)要去寫一個(gè)函數(shù)但是我們?nèi)绻胫苯颖容^呢d1d2所以有了運(yùn)算符重載。在 C 中運(yùn)算符重載是一項(xiàng)強(qiáng)大的特性它允許我們?yōu)樽远x類型賦予內(nèi)置類型般的操作體驗(yàn)極大提升了代碼的可讀性與易用性。函數(shù)名字為關(guān)鍵字operator后面接需要重載的運(yùn)算符符號(hào)。函數(shù)原型返回值類型 operator 操作符(參數(shù)列表)Dateoperator(constDated)不能通過連接其他符號(hào)來創(chuàng)建新的操作符比如operator重載操作符必須有一個(gè)類類型參數(shù)用于內(nèi)置類型的運(yùn)算符其含義不能改變例如內(nèi)置的整型 不能改變其含義作為類成員函數(shù)重載時(shí)其形參看起來比操作數(shù)數(shù)目少 1因?yàn)槌蓡T函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)為隱藏的this.*、::、sizeof、?:、.注意以上 5 個(gè)運(yùn)算符不能重載。5.2 賦值運(yùn)算符重載的特性與創(chuàng)建5.2.1 賦值運(yùn)算符特性與創(chuàng)建返回值類型 operator(參數(shù)列表)參數(shù)類型為const 類類型引用提高效率const避免修改原對(duì)象返回值類型為類類型支持連續(xù)賦值如d3 d2 d1必須顯式檢測(cè) “自己給自己賦值”如d1 d1避免無意義操作。classDate{public:Date(intyear1900,intmonth1,intday1){_yearyear;_monthmonth;_dayday;}// 賦值運(yùn)算符重載Dateoperator(constDated){// 1. 檢測(cè)自己給自己賦值if(this!d){// 2. 復(fù)制成員變量_yeard._year;_monthd._month;_dayd._day;}// 3. 返回*this支持連續(xù)賦值return*this;//返回d2}private:int_year,_month,_day;};// 使用示例intmain(){Dated1(2024,5,20);Date d2,d3;d3d2d1;// 連續(xù)賦值等價(jià)于d3.operator(d2.operator(d1))return0;}5.2.2 全局函數(shù) vs 成員函數(shù)運(yùn)算符重載可以通過全局函數(shù)或類的成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)兩者的核心區(qū)別在于參數(shù)列表的隱含性。若將operator實(shí)現(xiàn)為全局函數(shù)需要顯式接收兩個(gè)Date對(duì)象作為參數(shù)【全局函數(shù)實(shí)現(xiàn)】classDate{public:Date(intyear1900,intmonth1,intday1):_year(year),_month(month),_day(day){}// 成員變量需公開或用后面友元解決封裝性問題int_year,_month,_day;};// 全局函數(shù)重載 operatorbooloperator(constDated1,constDated2){returnd1._yeard2._yeard1._monthd2._monthd1._dayd2._day;}voidTest(){Dated1(2024,10,1);Dated2(2024,10,2);cout(d1d2)endl;// 調(diào)用全局 operator}缺點(diǎn)若類的成員變量是私有的全局函數(shù)無法直接訪問需通過 “友元” 聲明打破封裝或直接將重載函數(shù)寫為成員函數(shù)。【成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)】若將operator實(shí)現(xiàn)為類的成員函數(shù)編譯器會(huì)自動(dòng)將左操作數(shù)作為隱含的this指針因此參數(shù)列表只需顯式接收右操作數(shù)classDate{public:Date(intyear1900,intmonth1,intday1):_year(year),_month(month),_day(day){}// 成員函數(shù)重載 operator左操作數(shù)是 this 指向的對(duì)象booloperator(constDated2)const{return_yeard2._year_monthd2._month_dayd2._day;}private:int_year,_month,_day;// 成員變量可私有保證封裝性};voidTest(){Dated1(2024,10,1);Dated2(2024,10,1);cout(d1d2)endl;// 調(diào)用成員函數(shù) operator}優(yōu)點(diǎn)無需破壞封裝性且邏輯更直觀左操作數(shù)的屬性可直接訪問。5.2.3 避坑點(diǎn)賦值運(yùn)算符只能是類的成員函數(shù)不能把賦值運(yùn)算符重載成全局函數(shù) —— 因?yàn)榫幾g器會(huì)默認(rèn)生成類內(nèi)的賦值運(yùn)算符重載全局版本會(huì)和它沖突5.3 編譯器默認(rèn)生成的賦值運(yùn)算符重載和拷貝構(gòu)造一樣編譯器默認(rèn)生成的賦值運(yùn)算符重載是 “淺拷貝”—— 有動(dòng)態(tài)內(nèi)存的類必須顯式實(shí)現(xiàn)深拷貝否則會(huì)重復(fù)釋放內(nèi)存// 棧類的深拷貝賦值運(yùn)算符重載classStack{public:Stackoperator(constStacks){if(this!s){// 檢測(cè)自賦值// 1. 釋放當(dāng)前對(duì)象的舊資源free(_array);// 2. 給當(dāng)前對(duì)象重新申請(qǐng)資源并復(fù)制數(shù)據(jù)_array(DataType*)malloc(sizeof(DataType)*s._capacity);if(_arraynullptr){perror(malloc失敗);return*this;}memcpy(_array,s._array,sizeof(DataType)*s._size);_capacitys._capacity;_sizes._size;}return*this;}// 構(gòu)造、析構(gòu)、拷貝構(gòu)造同上...};5.3.1 不需要手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的情況情況一類成員均為內(nèi)置類型且不管理資源例如Date類。編譯器生成的賦值運(yùn)算符會(huì)進(jìn)行值拷貝。情況二類成員包含自定義類型且該類型已正確實(shí)現(xiàn)賦值運(yùn)算符例如Myqueue類其成員為Stack對(duì)象。編譯器會(huì)遞歸調(diào)用Stack的賦值運(yùn)算符只要Stack已正確實(shí)現(xiàn)深拷貝Myqueue就無需手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。5.3.2 必須手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的情況類管理動(dòng)態(tài)資源如堆內(nèi)存、文件句柄等例如Stack類其成員_a指向動(dòng)態(tài)數(shù)組。編譯器生成的賦值運(yùn)算符僅進(jìn)行淺拷貝復(fù)制指針值會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄漏重復(fù)釋放懸空指針等一系列問題。六、其他 2 個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)取地址重載取地址重載和const取地址重載編譯器默認(rèn)生成的實(shí)現(xiàn)完全滿足需求 —— 返回對(duì)象的地址this指針幾乎無需自定義。七、總結(jié)函數(shù)類型顯式實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景核心坑點(diǎn)構(gòu)造函數(shù)需自定義初始化如日期默認(rèn)構(gòu)造只能有一個(gè)析構(gòu)函數(shù)類內(nèi)有動(dòng)態(tài)資源如棧忘記釋放資源導(dǎo)致內(nèi)存泄漏拷貝構(gòu)造函數(shù)類內(nèi)有動(dòng)態(tài)資源避免淺拷貝參數(shù)不用引用引發(fā)無窮遞歸賦值運(yùn)算符重載類內(nèi)有動(dòng)態(tài)資源避免淺拷貝忘記檢測(cè)自賦值、返回*this取地址重載特殊需求隱藏真實(shí)地址幾乎不用自定義