..C++C++核心编程
,

十二.对象初始化和清理

12 对象初始化和清理

　　生活中我们买的电子产品都基本会有出厂设置，在某一天不用时候也会删除一些自己信息数据保证安全。C++中的面向对象来源于生活，每个对象也都会有初始设置以及对象销毁前的清理数据的设置。

12.1 构造函数和析构函数

对象的初始化和清理也是两个非常重要的问题：

  • 一个对象或者变量没有初始状态，对其使用后果是未知
  • 同样的使用完一个对象或变量，没有及时清理，也会造成一定的安全问题

C++提供了构造函数和析构函数来解决上述问题，这两个函数将会被编译器自动调用，完成对象初始化和清理的工作。对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情，因此如果我们不提供构造和析构，编译器会提供编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。

构造函数：主要作用在于创建对象时为对象的成员属性赋值，构造函数由编译器自动调用，无须手动调用。

析构函数：主要作用在于对象销毁前系统自动调用，执行一些清理工作。

构造函数语法：类名(){}

  • 构造函数，没有返回值也不写void
  • 函数名称与类名相同
  • 构造函数可以有参数，因此可以发生重载
  • 程序在调用对象时候会自动调用构造，无须手动调用，而且只会调用一次

析构函数语法：~类名(){}

  • 析构函数，没有返回值也不写void
  • 函数名称与类名相同，在名称前加上符号 ~
  • 析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载
  • 程序在对象销毁前会自动调用析构，无须手动调用，而且只会调用一次

示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	//构造函数
	Person()
	{
		cout << "Person的构造函数调用" << endl;
	}

	//析构函数
	~Person()
	{
		cout << "Person的析构函数调用" << endl;
	}
};

void test01()
{
	Person p; //栈区上的数据，test01执行完毕后，释放这个对象
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

运行结果：

1
2
Person的构造函数调用
Person的析构函数调用

注意：构造和析构都是系统自动调用的，不要手动去调用。栈上的对象在作用域结束时自动销毁，销毁前自动调用析构函数。

12.2 构造函数的分类及调用

两种分类方式：

  • 按参数分为：有参构造和无参构造(无参构造又称默认构造)
  • 按类型分为：普通构造和拷贝构造

拷贝构造函数的语法：Person(const Person& p)

  • 拷贝构造函数只有一个形参，且必须是本类的const引用

三种调用方式：

  • 括号法，最常用
  • 显示法
  • 隐式转换法

示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	//无参(默认)构造函数
	Person()
	{
		cout << "无参构造函数!" << endl;
	}

	//有参构造函数
	Person(int a)
	{
		age = a;
		cout << "有参构造函数!" << endl;
	}

	//拷贝构造函数
	Person(const Person& p)
	{
		age = p.age;
		cout << "拷贝构造函数!" << endl;
	}

	//析构函数
	~Person()
	{
		cout << "析构函数!" << endl;
	}

	int age;
};

void test01()
{
	//1、括号法，常用
	Person p1;          //调用无参构造函数
	Person p2(10);      //调用有参构造函数
	Person p3(p2);      //调用拷贝构造函数

	//注意：调用无参构造函数不能加括号，如果加了编译器认为这是一个函数声明
	//Person p4();

	//2、显式法
	Person p5 = Person(10); //有参构造
	Person p6 = Person(p5); //拷贝构造
	//Person(10)单独写就是匿名对象，当前行结束之后，马上析构

	//3、隐式转换法
	Person p7 = 10;     //相当于写了Person p7 = Person(10)
	Person p8 = p7;     //相当于写了Person p8 = Person(p7)
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

注意：不能用括号法调用无参构造函数——Person p(); 会被编译器当作函数声明(声明了一个返回值为Person、名为p的函数)，而不是创建对象。写 Person p; 即可。

提示：Person(10) 单独写出来是匿名对象，当前行执行结束后系统会立即回收，调用一次构造一次析构。

12.3 拷贝构造函数调用时机

C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况：

  • 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
  • 值传递的方式给函数参数传值
  • 值方式返回局部对象

示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	Person()
	{
		cout << "无参构造函数!" << endl;
		mAge = 0;
	}

	Person(int age)
	{
		cout << "有参构造函数!" << endl;
		mAge = age;
	}

	Person(const Person& person)
	{
		cout << "拷贝构造函数!" << endl;
		mAge = person.mAge;
	}

	//析构函数
	~Person()
	{
		cout << "析构函数!" << endl;
	}

	int mAge;
};

//1、使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
void test01()
{
	Person man(100);        //p对象已经创建完毕，调用有参构造
	Person newman(man);     //调用拷贝构造函数
	Person newman2 = man;   //拷贝构造(隐式转换写法)

	//Person newman3;
	//newman3 = man;        //这不是调用拷贝构造函数，这是赋值操作
}

//2、值传递的方式给函数参数传值
//相当于Person p = man;又拷贝了一个Person出来
void doWork(Person p)
{
	cout << "doWork函数中p的年龄：" << p.mAge << endl;
}

void test02()
{
	Person man(100);
	doWork(man);
}

//3、值方式返回局部对象
Person doWork2()
{
	Person p1;
	cout << "p1的地址：" << &p1 << endl;
	return p1;
}

void test03()
{
	Person p = doWork2();
	cout << "p的地址：" << &p << endl;
	cout << (Person *)&p << endl;
}

int main() {

	test01();

	cout << "----------" << endl;

	test02();

	cout << "----------" << endl;

	test03();

	system("pause");

	return 0;
}

注意：第三种情况(值方式返回局部对象)在 VS debug / Release 现代编译器下可能被 RVO 优化，拷贝构造不一定被调用(输出中两个地址可能相同，且看不到”拷贝构造函数！”)。这是编译器的优化行为，原理上仍应按”会调用拷贝构造”来理解，考试与课程口径均以此为准。

提示：Person newman3; newman3 = man; 是赋值不是拷贝构造——newman3 已先由默认构造创建，之后只是把 man 的值复制给它，不会调用拷贝构造函数。

12.4 构造函数调用规则

默认情况下，C++编译器至少给一个类添加3个函数：

  • 默认构造函数(无参，函数体为空)
  • 默认析构函数(无参，函数体为空)
  • 默认拷贝构造函数(对属性进行值拷贝)

构造函数的调用规则如下：

  • 如果用户定义了有参构造，C++不再提供默认无参构造，但是会提供默认拷贝构造
  • 如果用户定义了拷贝构造函数，C++就不会再提供其他构造函数

示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	//Person() { cout << "Person的默认构造函数调用" << endl; }
	//Person(int a) { age = a; cout << "Person的有参构造函数调用" << endl; }
	Person(const Person& p)
	{
		age = p.age;
		cout << "Person的拷贝构造函数调用" << endl;
	}
	~Person()
	{
		cout << "Person的析构函数调用" << endl;
	}

	int age;
};

void test01()
{
	//只写了拷贝构造后，无参构造和有参构造都不会再自动提供
	//Person p;           //错误：没有默认(无参)构造可用
	//Person p2(10);      //错误：没有有参构造可用
	Person p3(10);          //注释掉上面的拷贝构造、放开有参构造后可用
	Person p4(p3);          //拷贝构造仍可用
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

提示：验证规则时采用”注释—放开”的方式：先只放开拷贝构造，Person p; 与 Person p2(10); 两行会报错，说明无参、有参构造不再提供；再注释掉拷贝构造、放开有参构造，Person p2(10); 可用但 Person p; 报错，说明写了有参构造后默认无参构造不再提供，而拷贝构造系统仍会提供。

注意：如果用户定义了有参构造，还想要无参构造，就必须自己再写一个无参构造，二者可以构成重载共存。

12.5 深拷贝与浅拷贝

深浅拷贝是面试经典问题，也是常见的一个坑。

浅拷贝：简单的赋值拷贝操作。编译器提供的默认拷贝构造做的就是浅拷贝。

深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作。

浅拷贝带来的问题：两个对象内部的指针指向同一块堆区内存，对象析构时这块内存会被重复释放，程序崩溃。

示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	Person(int age, int height)
	{
		m_age = age;
		m_height = new int(height); //在堆区申请一块内存存放身高
	}

	//自己实现拷贝构造函数，解决浅拷贝带来的问题
	Person(const Person& p)
	{
		cout << "Person 拷贝构造函数调用" << endl;
		m_age = p.m_age;
		//m_height = p.m_height;    //编译器默认实现的就是这行浅拷贝，会导致重复释放
		m_height = new int(*p.m_height); //深拷贝：重新在堆区申请一块内存
	}

	//析构函数
	~Person()
	{
		if (m_height != NULL)
		{
			delete m_height;    //释放堆区内存
			m_height = NULL;
		}
		cout << "Person的析构函数调用" << endl;
	}

	int m_age;      //年龄
	int* m_height;  //身高，指针指向堆区内存
};

void test01()
{
	Person p1(18, 180);
	cout << "p1的年龄为：" << p1.m_age << "，身高为：" << *p1.m_height << endl;

	Person p2(p1);  //用p1拷贝出p2
	cout << "p2的年龄为：" << p2.m_age << "，身高为：" << *p2.m_height << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

注意：如果注释掉自己写的拷贝构造函数，使用编译器默认的浅拷贝，上述程序在结束时会发生重复释放堆区内存的问题：p1 和 p2 的 m_height 指向同一块内存，析构时第一次 delete 正常，第二次 delete 同一块地址，程序崩溃。

总结：类中有指针成员指向堆区空间时，必须自己重写拷贝构造函数实现深拷贝。析构函数中释放堆区内存前先判断指针是否为空，释放后置空是好习惯。

12.6 初始化列表

作用：C++提供了初始化列表语法，用来初始化属性。

语法：构造函数()：属性1(值1),属性2(值2)... {}

示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	////传统方式初始化
	//Person(int a, int b, int c)
	//{
	//	m_A = a;
	//	m_B = b;
	//	m_C = c;
	//}

	//初始化列表方式初始化
	Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c)
	{
	}

	int m_A;
	int m_B;
	int m_C;
};

void test01()
{
	Person p(10, 20, 30);
	cout << "mA = " << p.m_A << endl;
	cout << "mB = " << p.m_B << endl;
	cout << "mC = " << p.m_C << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

初始化列表也可以配合默认值使用：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	//初始化列表可以写固定值，也可以接收参数
	Person() :m_A(10), m_B(20), m_C(30)
	{
	}

	Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c)
	{
	}

	int m_A;
	int m_B;
	int m_C;
};

void test01()
{
	Person p1;              //m_A = 10, m_B = 20, m_C = 30
	Person p2(100, 200, 300);
	cout << "p1的 mA = " << p1.m_A << ", mB = " << p1.m_B << ", mC = " << p1.m_C << endl;
	cout << "p2的 mA = " << p2.m_A << ", mB = " << p2.m_B << ", mC = " << p2.m_C << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

提示：初始化列表里 Person() :m_A(10), m_B(20) {} 冒号后的部分就是逐个用括号给属性初始化，多个属性之间用逗号隔开。

12.7 类对象作为类成员

C++类中的成员可以是另一个类的对象，我们称该成员为对象成员。

例如：A类中有对象B作为成员，A为对象成员B所属的外部类。

那么当创建A对象时，A与B的构造和析构顺序是谁先谁后？

示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

//手机类
class Phone
{
public:
	Phone(string name)
	{
		m_PhoneName = name;
		cout << "Phone构造函数调用" << endl;
	}

	~Phone()
	{
		cout << "Phone析构函数调用" << endl;
	}

	string m_PhoneName;
};

//人类
class Person
{
public:
	//初始化列表可以告诉编译器，调用Phone类中的哪个构造函数
	Person(string name, string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName)
	{
		cout << "Person构造函数调用" << endl;
	}

	~Person()
	{
		cout << "Person析构函数调用" << endl;
	}

	//姓名
	string m_Name;
	//手机
	Phone m_Phone;
};

void test01()
{
	//当类中成员是其他类对象时，我们称该成员为对象成员
	//构造的顺序是：先调用对象成员的构造，再调用本类构造
	//析构的顺序与构造相反：先析构本类，再析构对象成员
	Person p("张三", "苹果X");
	cout << p.m_Name << "拿着" << p.m_Phone.m_PhoneName << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

运行结果(析构顺序)：

1
2
Person析构函数调用
Phone析构函数调用
  • 构造顺序：先构造对象成员(Phone)，再构造自身(Person)
  • 析构顺序：与构造相反，先析构自身(Person)，再析构对象成员(Phone)

提示：可以把 Phone 换成有多个构造函数的类，用初始化列表指定调用哪个构造。

12.8 静态成员

静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称为静态成员。

静态成员分为：

  • 静态成员变量
  • 静态成员函数

静态成员变量：

  • 所有对象共享同一份数据
  • 在编译阶段分配内存
  • 类内声明，类外初始化

静态成员变量两种访问方式：

  • 通过对象进行访问
  • 通过类名进行访问

静态成员函数：

  • 所有对象共享同一个函数
  • 静态成员函数只能访问静态成员变量

示例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	static void func()
	{
		//m_A = 100;    //错误：静态成员函数只能访问静态成员变量
		m_B = 100;      //正确：静态成员函数可以访问静态成员变量
		cout << "static void func调用" << endl;
	}

	static int m_B;     //静态成员变量：类内声明
	int m_A;            //非静态成员变量
};

//静态成员变量：类外初始化
int Person::m_B = 0;

void test01()
{
	//静态成员变量两种访问方式
	//1、通过对象访问
	Person p1;
	p1.m_B = 100;
	cout << "通过对象访问 m_B = " << p1.m_B << endl;

	//2、通过类名访问
	cout << "通过类名访问 m_B = " << Person::m_B << endl;

	//所有对象共享同一份数据：p2修改后，p1里看到的也是同一份
	Person p2;
	p2.m_B = 200;
	cout << "p1.m_B = " << p1.m_B << ", p2.m_B = " << p2.m_B << endl;

	//静态成员函数两种访问方式
	p1.func();
	Person::func();
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

静态成员变量也有访问权限：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
	static int m_A;     //公有静态成员变量
protected:
	static int m_B;     //保护静态成员变量
private:
	static int m_C;     //私有静态成员变量
};

int Person::m_A = 100;
int Person::m_B = 200;
int Person::m_C = 300;

void test01()
{
	//公有静态成员变量：类外可以通过对象或类名访问
	Person p;
	cout << "p.m_A = " << p.m_A << endl;
	cout << "Person::m_A = " << Person::m_A << endl;

	//m_B 和 m_C 类外访问不到(它们具有访问权限)
	//cout << Person::m_B << endl;  //错误：protected成员类外不可访问
	//cout << Person::m_C << endl;  //错误：private成员类外不可访问
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

注意：静态成员变量的初始化必须写在类外，格式为 int Person::m_B = 0;，不要漏掉类型名和作用域运算符。

总结：静态成员函数不能访问非静态成员变量——因为静态成员函数不属于任何一个对象，没有 this 指针，无法区分要访问的是哪个对象里的 m_A；静态成员函数也可以通过对象或类名两种方式调用。