C++類中隱藏的幾個默認函數(shù)你知道嗎
Test類中隱藏的六個默認的函數(shù)
class Test
{
public:
//默認的構(gòu)造函數(shù)
Test();
//析構(gòu)函數(shù)
~Test();
//拷貝構(gòu)造函數(shù)
Test(const Test &t);
//賦值函數(shù)
Test& operator=(const Test &x);
//一般對象取地址函數(shù)
Test* operator&();
//常對象取地址函數(shù)
const Test* operator&()const;
private:
int data;
//int *data; // 注意:如果成員中含有指針類型,需重載拷貝函數(shù)與賦值函數(shù)
// 否則會造成淺拷貝
// 另外,需要注意在析構(gòu)函數(shù)中,釋放類中使用的額外資源(堆區(qū)申請的資源)
};
1.構(gòu)造函數(shù)
作用:對象所在的內(nèi)存空間做初始化 、給對象賦資源
特點:
1.可以重載 :可以根據(jù)實際需要進行缺省的、多參重載
2.不依賴對象:對象無法調(diào)用構(gòu)造函數(shù),只能在對象定義點被調(diào)用
//成員函數(shù)類外實現(xiàn),需在函數(shù)名前指定作用域,否則編譯器會認為在定義一個普通的函數(shù)
Test::Test() //類中默認的構(gòu)造函數(shù)
{
}
//此外,構(gòu)造函數(shù)可以支持重載,我們可以根據(jù)需要自己寫一些構(gòu)造函數(shù)
//需要注意的是,如果我們自己寫了構(gòu)造函數(shù),那么編譯器就不會提供默認的構(gòu)造函數(shù)了
Test::Test(int d = 0 ) //缺省的構(gòu)造函數(shù)
{
data = d;
}
Test::Test(int d = 0 ):data(d) //缺省的構(gòu)造函數(shù),用初始化列表的方式初始化
{
}
兩者初始化的區(qū)別在于,初始化列表是真正意義上的初始化,它告訴編譯器在實例化對象的時候以何種方式對成員賦值,而在前者的賦值規(guī)則寫在了構(gòu)造函數(shù)內(nèi)部,是在已經(jīng)生成了成員變量之后再進行的賦值操作。
初始化列表示例:
Tips: 注意區(qū)分列表參數(shù)初始化和列表初始化的區(qū)別 。列表參數(shù)初始化即在函數(shù)的形參列表后通過 fun(int ia) :mval(ia) 冒號+括號的這種方式初始化,而列表初始化一般是指如 std::vector<int> vec{ 1,2,3,4,5 }; vec{1,2,3,4,5}; 這種,在定義時通過 { } 括起來的列表初始化“數(shù)組”的行為。 事實上,在C++11標準中還有一種就地初始化的概念,這里先不做討論。
對于 初始化列表 有幾點特性需要注意:
比如以下操作,成員變量有引用類型和const類型,在C++中規(guī)定const類型為一個常量,定義時必須初始化,而引用我們認為是一個變量的別名也需要在定義時就初始化。所以以下操作只能使用初始化列表的方式初始化。
class Test
{
public:
/* error 常量、引用在定義時就初始化
Test(int a, int b,int c)
{
ma = a;
mb = a; // error
mc = a; // error
}
*/
Test(int a, int b, int c):ma(a),mb(b),mc(c)
{
}
private:
int ma;
int& mb;
const int mc;
};
此外,如果有多個成員變量需要使用初始化列表的方式初始化,需要注意一點細節(jié),初始化的順序只與成員變量的定義順序相關(guān)。
如以下程序,可以寫成Test(int a):ma(mb), mb(a){}或Test(int a):mb(a),ma(mb){}因為成員變量的定義順序為int mb; int ma;,也就是說賦值順序與初始化列表無關(guān),只與成員變量被定義的順序有關(guān)。
class Test
{
public:
Test(int a):ma(mb), mb(a) //mb先被定義出來,先給mb賦值,再給ma賦值
{
}
/* 下面錯誤的寫法:
解釋:
1. mb先定義,ma后定義,兩者的使用參數(shù)列表初始化的順序是先 mb, 再 ma
2. 在初始化之前 ma 與 mb 都是隨機值,或被填充為0xcccccccc (具體看編譯器實現(xiàn))
3. 在初始化時, mb(ma) ,則mb被初始化為無效值(隨機值或0xcccccccc)
ma(a) , ma 被初始化為 a 的值。
因此,如果調(diào)用Test(10), 則 mb: -858993460 ma: 10
*/
Test(int a) :mb(ma), ma(a)
{
}
public:
void Show()
{
std::cout << "ma: " << ma << std::endl;
std::cout << "mb: " << mb << std::endl;
}
private:
int mb;
int ma;
};
注:以下函數(shù)的Test類成員均為 int *ma ,表示數(shù)據(jù)成員為指針時,各成員函數(shù)的實現(xiàn)方法。
2.析構(gòu)函數(shù)
作用:釋放對象所占的其他資源。
特點:
不可重載 : 對象銷毀時會調(diào)用析構(gòu)函數(shù),并釋放空間。依賴對象:可手動調(diào)用即this->~Test()或 Test t; t.~Test(),但是不建議,因為對象銷毀時會自動調(diào)用,如果手動調(diào)用可能會引起內(nèi)存空間的重復(fù)析構(gòu)導(dǎo)致程序崩潰
//默認的析構(gòu)函數(shù)
Test::~Test()
{ //沒有額外的資源,什么都不寫
}
//如果程序中有額外的空間需要釋放
class Test
{
public:
//構(gòu)造函數(shù)
Test(int ia = 0)
{
data = new int{ ia }; //data指向一塊堆區(qū)內(nèi)存
}
//析構(gòu)函數(shù)
~Test();
private:
int* data;
};
//析構(gòu)函數(shù)
Test::~Test()
{
delete data; //把額外空間的釋放寫進析構(gòu)函數(shù)
data = nullptr;
}
3.拷貝構(gòu)造函數(shù)
作用:拿一個已存在的對象來生成相同類型的新對象
注意:類中提供的拷貝構(gòu)造函數(shù)為一個淺拷貝類型,即如果成員變量中含有指針類型,它在進行拷貝構(gòu)造的時候不會進行額外空間的開辟,最終會造成函數(shù)析構(gòu)時的錯誤。
class Test
{
public:
//構(gòu)造函數(shù)
Test(int ia = 0)
{
data = new int{ ia }; //data指向一塊堆區(qū)內(nèi)存
}
//拷貝構(gòu)造函數(shù)
Test(const Test &t); //一定要傳引用,否則在開辟形參的過程中會遞歸的調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)來構(gòu)造形參,而函數(shù)始終無法執(zhí)行
private:
int* data;
};
//默認的拷貝構(gòu)造函數(shù)
Test::Test(const Test &t)
{
data = t.data; //淺拷貝,只把現(xiàn)有的成員變量進行拷貝,沒有對堆區(qū)內(nèi)存進行拷貝,使多個對象的data指向了同一片堆區(qū)空間,在對象銷毀時會造成空間的重復(fù)釋放引發(fā)程序崩潰。
}
//拷貝構(gòu)造函數(shù)
Test::Test(const Test &t)
{
data = new int; //如果是字符類型data = new char[strlen(t.data) + 1];
// 注意strlen() 函數(shù)不能傳遞nullptr參數(shù)
strcpy_s(data,sizeof(int), t.data);
}
// 或者使用初始化列表的方式
Test::Test(const Test& t) :data(new int{*(t.data)})
{
}
4.賦值運算符的重載函數(shù)
作用:拿一個已存在的對象給相同類型的已存在對象賦值
實現(xiàn)步驟
1.賦值判斷
2.釋放舊資源
3.生成新資源
4.賦值
class Test
{
public:
//構(gòu)造函數(shù)
Test(int ia = 0)
{
data = new int{ ia }; //data指向一塊堆區(qū)內(nèi)存
}
//賦值函數(shù)
Test& operator=(const Test &x); //以自身類類型的引用的方式返回
private:
int* data;
};
//默認的賦值函數(shù)(淺拷貝)
Test& Test::operator=(const Test &x)
{
if(this!=&x) //自賦值判斷
{
data=x.data; //淺拷貝
}
return *this; //返回自身類類型的引用
}
//賦值函數(shù)(深拷貝)
Test& Test::operator=(const Test &x)
{
if(this!=&x) //自賦值判斷
{
delete data; //釋放原資源
//delete[] data; 如果申請的空間是多個,即數(shù)組形式,需要delete [] data 釋放
data = new int; //開辟空間
memcpy(data, x.data, sizeof(data)); // 賦值
}
return *this; //返回自身類類型的引用
}
5.一般對象取地址函數(shù)
//一般對象取地址函數(shù)
Test::Test* operator&()
{
return this;
}
6.常對象取地址函數(shù)
//常對象取地址函數(shù)
const Test::Test* operator&()const
{
return this;
}
C++11以后增加了右值引用的概念,同時增加了移動構(gòu)造函數(shù)、和移動賦值函數(shù)。
7.移動構(gòu)造函數(shù)
作用:針對某些情況構(gòu)造對象的優(yōu)化,避免重復(fù)的開辟內(nèi)存。
使用場景:比如把臨時對象的資源作為構(gòu)建新對象的資源使用,而臨時對象銷毀時,資源繼續(xù)被其他對象使用(這里就節(jié)省了一次舊對象資源的的銷毀與新對象資源申請的開銷)。
class Test
{
public:
//構(gòu)造函數(shù)
Test(int ia = 0) :data(new int{ ia })
{}
// 拷貝構(gòu)造 ..
// 賦值..
// 析構(gòu)..
// 移動構(gòu)造
Test(Test&& rhs)
{
this->data = rhs.data; // 資源的轉(zhuǎn)移
rhs.data = nullptr; // 資源的釋放
}
/*
//使用初始化列表的方式
Test(Test&& rhs) :data(rhs.data)
{
rhs.data = nullptr;
}
*/
public:
void print() { std::cout << (void*)data << std::endl; }
private:
int* data;
};
int main()
{
Test t(10);
t.print();
Test t2(std::move(t)); // 把 t 的資源轉(zhuǎn)移給 t2
t.print();
t2.print();
return 0;
}
8.移動賦值函數(shù)
作用:資源的轉(zhuǎn)移,針對某些情況下,節(jié)省內(nèi)存的開辟。
class Test
{
public:
//構(gòu)造函數(shù)
Test(int ia = 0) :data(new int{ ia })
{}
// 拷貝構(gòu)造 ..
// 賦值..
// 析構(gòu)..
// 移動構(gòu)造
// 移動賦值
Test& operator=(Test&& rhs) noexcept // 不拋出異常
{
if (this != &rhs) // 防止自賦值
{
delete data; // 銷毀當前資源
this->data = rhs.data; // 轉(zhuǎn)移資源,即接收對方資源
rhs.data = nullptr; // 對方放棄資源的擁有
}
return *this;
}
public:
void print() { std::cout << (void*)data << std::endl; }
private:
int* data;
};
int main()
{
Test t(10), t2(20);
t.print();
t2.print();
t2 = std::move(t); // 把 t 的資源交給 t2
t.print(); // 輸出 00000000
t2.print();
return 0;
}
補充:
另外一個關(guān)于移動構(gòu)造的話題是異常。對于移動構(gòu)造函數(shù)來說,拋出異常有時是件危險的事情。因為可能移動語義還沒完成,一個異常卻拋出來了,這就會導(dǎo)致一些指針就成為懸掛指針。因此程序員應(yīng)該盡量編寫不拋出異常的移動構(gòu)造函數(shù),通過為其添加一個noexcept關(guān)鍵字,可以保證移動構(gòu)造函數(shù)中拋出來的異常會直接調(diào)用terminate程序終止運行,而不是造成指針懸掛的狀態(tài)。而標準庫中,我們還可以用一個std::move_if_noexcept的模板函數(shù)替代move函數(shù)。該函數(shù)在類的移動構(gòu)造函數(shù)沒有noexcept關(guān)鍵字修飾時返回一個左值引用從而使變量可以使用拷貝語義,而在類的移動構(gòu)造函數(shù)有noexcept關(guān)鍵字時,返回一個右值引用,從而使變量可以使用移動語義。
關(guān)于移動構(gòu)造函數(shù)的示例程序,引用自《深入理解C++11》一書:
#include <iostream>
using namespace std;
class HasPtrMem {
public:
HasPtrMem() :d(new int(3)) {
cout<<"Construct:"<<++n_cstr<<endl;
}
HasPtrMem(const HasPtrMem& h) :d(new int(*h.d)) {
cout<<"Copy construct:"<<++n_cptr<<endl;
}
HasPtrMem(HasPtrMem&& h) :d(h.d) {//移動構(gòu)造函數(shù)
h.d = nullptr;//將臨時值的指針成員置空
cout<<"Move construct:"<<++n_mvtr<<endl;
}
~HasPtrMem() {
delete d;
cout<<"Destruct:"<<++n_dstr<<endl;
}
int* d;
static int n_cstr;
static int n_dstr;
static int n_cptr;
static int n_mvtr;
};
int HasPtrMem::n_cstr = 0;
int HasPtrMem::n_dstr = 0;
int HasPtrMem::n_cptr = 0;
int HasPtrMem::n_mvtr = 0;
HasPtrMem GetTemp() {
HasPtrMem h;
cout<<"Resource from"<<__func__<<":"<<hex<<h.d<<endl;
return h;
}
int main() {
HasPtrMem a = GetTemp();
cout<<"Resource from"<<__func__<<":"<<hex<<a.d<<endl;
}
//編譯選項:g++ -std=c++11 test.cpp -fno-elide-constructors
輸出:左邊是輸出結(jié)果,右邊是注釋
Construct:1 // 在GetTemp() 函數(shù)中,執(zhí)行 HasPtrMem h; 構(gòu)造對象 Resource fromGetTemp:0x1047f28 // 在GetTemp() 函數(shù)中,執(zhí)行cout << ... Move construct:1 // 在GetTemp() 函數(shù)中,return h; 產(chǎn)生臨時對象,此時第一次調(diào)用移動構(gòu)造 Destruct:1 // 進入main() 函數(shù)時,GetTemp();調(diào)用結(jié)束、進行清棧(棧幀回退),析構(gòu)掉局部對象( h ) Move construct:2 // 在main() 函數(shù)中,執(zhí)行 GetTemp(); 后產(chǎn)生的返回值是一個臨時無名對象,調(diào)用了移動構(gòu)造函數(shù),此時第二次調(diào)用移動構(gòu)造 Destruct:2 // 在main() 函數(shù)中,執(zhí)行了a = GetTemp(); 后,臨時對象生存期結(jié)束,析構(gòu)掉臨時對象(函數(shù)返回值) Resource frommain:0x1047f28 // 在main() 函數(shù)中,執(zhí)行cout << ... Destruct:3 // main() 函數(shù)結(jié)束,對象 a 生存周期結(jié)束,銷毀對象 a
需要注意的是,在編譯器中存在被稱為RVO/NRVO的優(yōu)化(RVO,Return Value Optimization,返回值優(yōu)化,或者NRVO,Named Return Value optimization)。因此在上述編譯時使用了 -fno-elide-constructors 選項在g++/clang++中關(guān)閉這個優(yōu)化,這樣可以使我們在代碼運行的結(jié)果中較為容易地利用函數(shù)返回的臨時量右值?!?/p>
如果在編譯的時候不使用該選項的話,我們寫的很多含有移動語義的函數(shù)都被省略了。例如以下的代碼
A ReturnRvalue(){A a();return a;}
A b=ReturnRvalue();
b 變量實際就使用了ReturnRvalue函數(shù)中a的地址,任何的拷貝和移動都沒有了。通俗地說,就是b變量直接“霸占”了a變量。這是編譯器中一個效果非常好的一個優(yōu)化。不過RVO/NRVO并不是對任何情況都有效。比如有些情況下,一些構(gòu)造是無法省略的。還有一些情況,即使RVO/NRVO完成了,也不能達到最好的效果?!?/p>
總體而言,移動語義除了可以解決某些情況下編譯器無法解決的優(yōu)化問題,還在一些其他特殊的場合有著重要的用途(比如在unique_ptr中禁止構(gòu)造函數(shù),卻可以通過移動的構(gòu)造或移動賦值對unique_ptr擁有的資源進行轉(zhuǎn)移)。
總結(jié)
本篇文章就到這里了,希望能夠給你帶來幫助,也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!
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