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C++初阶——类和对象（三）构造函数、析构函数

news 2025/3/17 10:58:02

C++初阶——类和对象（三）

上期内容，我们围绕类对象模型的大小计算，成员存储方式，this指针，以及C++实现栈和C语言的比较，进一步认识了C++的封装特性。本期内容，我们开始介绍类的默认成员函数，这是类和对象板块中最为重要，也是相对复杂的内容，让我们一起探索！

引言

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。空类中真的什么都没有吗？并不是，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下6个默认成员函数（默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数）：

初始化和清理：构造函数、析构函数
拷贝复制：拷贝构造函数、赋值重载函数
取地址重载：普通对象取地址重载和const对象取地址重载函数

一、构造函数

1.背景引入

示例1
示例2

我们再来回顾一下，_year，_month，_day是三个私有的成员变量，Init和Print是外界可以直接访问的成员函数，在main函数中，我们先要通过类来示例化出一个对象，比如这里的Date d1; Date d2; Date d3;等等，然后调用类里面的成员函数。这里基于同一个类创建了很多对象，然而在成员函数中似乎并没有传递代表各个对象的形参，那么编译器是怎么区分的呢？很简单，由于this指针的存在。我们以d1.Init(2025,3,10);为例，this指针指向当前的对象——d1，然后在调用函数Init时，隐式传递了这个指针，然后通过这个指针访问d1中的成员变量_year、_month、_day，将它们分别赋值为2025、3、10，如图所示：
示例3
当运行到下一个对象d2时，this指针指向的就是d2了。

进一步探究

如果我们仔细观察，不难发现这里分为了两步走：第一步，先通过类实例化一个对象，也就是Date d1;，然后再用具体的数值将其初始化d1.Init(2025,3,10);，其实是有些麻烦的，我们能不能在实例化对象的同时，就将信息设置进去呢？——答案是肯定的，C++本身就是对C语言的优化，构造函数应运而生！

2.什么是构造函数？

构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同。创建类对象时由编译器自动调用，以保证每个数据成员都有一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。
示例4
示例5
在这里，我们已经将原来的初始化函数改造成了一个构造函数，构造函数的函数名与类名相同，没有返回值（这里的没有返回值不是说返回一个void，写成void Date(int year, int month, int day)，而是什么都不要写，直接就是Date(int year, int month, int day)），至于为什么，这是语法规定，这是一个特殊的函数，有特殊的待遇，只有这样写，编译器才知道这是构造函数。对于构造函数的调用，也是很有趣的，我们在实例化对象的同时，后面跟上了一个括号，里面就是想要在对象中填入的信息Date d1(2025, 3, 10);，这样一来，我们不仅实例化了一个对象，还填入了我们想要的信息，一步解决，非常方便。之前的那种两步走，是先根据图纸建房子，然后里面的家具还要自己来置办；现在是把装修也一并让别人做好了，自己直接拎包入住，确实方便的多。

3.构造函数的特性

构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象，而是初始化对象。也很好理解，之前是两步走，现在是一步走，至于减少的那一步——填入想要的信息，就是构造函数的功劳。

（1）构造函数的重载

构造函数是可以重载的，根据传参的不同，调用对应的构造函数，如图所示：
示例7
这里就写了两个构造函数，其中一个是无参数的，这些都可以理解，但是，我们注意到，为什么在调用的时候写的是Date d1;而不是Date d1();呢?我们先来看一下结果：
示例8
这里什么都没有输出，也就是没有调用那个构造函数，这是为什么呢？仔细观察我们发现，Date d1();像是函数的声明，Date是返回值的类型，d1是函数名，（）表示这个函数不需要传参。基于这种情况，编译器不知道这里到底是在类实例化对象还是在声明一个名为d1的函数。因此，我们对于无参的构造函数，在实例化对象时就不需要加()了。
当然，还有一点，一开始的构造函数示例中，是提供了缺省参数的，而且是全缺省，这里做出了改变。如果依然是全缺省会发生什么呢？如图所示：
示例9
示例10
还是一个调用不明确的问题：不传参，不仅无参的函数可以调用，全缺省的也可以调用，因为它可以自动帮你把数据补上。在C++入门中已经讲过这一点，这里就当是复习一下吧。

（2）默认构造函数

默认构造函数的分类

默认构造函数是无需参数即可调用的构造函数，我们既可以显式声明，也可以让编译器隐式生成。无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为是默认构造函数，再简单一点，不需要传参就可以调用的构造函数都是默认构造函数：

无参构造函数
全缺省构造函数
编译器默认生成的构造函数

编译器自动生成的构造函数

如果类中没有显式定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，一旦用户显式定义编译器将不再生成。注意，这里是无参的，也就是说调用的时候直接写Date d1;即可，如图所示：
示例14
示例15
这里的默认构造函数似乎没什么用，对于这些变量的值，好像也没有进行处理，依旧是随机值，那么默认构造函数还有它存在的价值吗？
其实是这样的：C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语言提供的数据类型，如：int、char、double……，自定义类型就是需要自己定义的，如struct、class……
编译器生成的默认构造函数对内置类型不作处理，对自定义类型则是调用它的默认构造。因此，一般情况下，有内置类型成员，就需要自己写构造函数，不能用编译器自己生成的；全部都是自定义类型成员，可以考虑让编译器自己生成。
我们来举个自定义类型的例子：
示例16
在Date类的成员变量中，不仅有内置类型，还有自定义类型变量Time _t；那么在实例化对象时，内置类型不作处理，自定义类型调用它的默认构造，而Time类的默认构造我们已经自己定义了，因此会打印出对应的结果，我们也可以调试看一看：
示例17
由于Date类中没有自己写构造函数，内置类型都是随机值，而自定义类型Time _t就调用了它的默认构造，而Time的默认构造是我们自己实现的，对内置类型进行了初始化。

C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值：

这里没有自己写构造函数，默认值给在成员变量的声明里。

二、析构函数

析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：

析构函数名是在类名前加上字符 ~。
无参数无返回值类型。
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。注意：析构函数不能重载
对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。

1.自己定义的析构函数

我们以一个栈为例，因为栈中涉及到动态内存开辟，不使用了需要及时销毁开辟的内存空间，否则会造成内存泄漏，有了析构函数，我们只需要在类中定义一下，在类外它就会自动调用了，代码如下：

typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 3){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);if (NULL == _array){perror("malloc fail");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(DataType data){// CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}// 其他方法...~Stack(){if (_array){free(_array);_array = NULL;_capacity = 0;_size = 0;}cout << "~Stack" << endl;}
private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};int main()
{Stack st1;return 0;
}

运行结果如图：
示例19

2.编译器自动生成的析构函数

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。
示例20
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。