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: //默認的構造函數(shù) Test(); //析構函數(shù) ~Test(); //拷貝構造函數(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.構造函數(shù)
作用:對象所在的內存空間做初始化 、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:對象無法調用構造函數(shù),只能在對象定義點被調用
//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() //類中默認的構造函數(shù) { } //此外,構造函數(shù)可以支持重載,我們可以根據(jù)需要自己寫一些構造函數(shù) //需要注意的是,如果我們自己寫了構造函數(shù),那么編譯器就不會提供默認的構造函數(shù)了 Test::Test(int d = 0 ) //缺省的構造函數(shù) { data = d; } Test::Test(int d = 0 ):data(d) //缺省的構造函數(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)則寫在了構造函數(shù)內部,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。
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,只與成員變量被定義的順序有關。
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 : 對象銷毀時會調用析構函數(shù),并釋放空間。依賴對象:可手動調用即this->~Test()
或 Test t; t.~Test()
,但是不建議,因為對象銷毀時會自動調用,如果手動調用可能會引起內存空間的重復析構導致程序崩潰
//默認的析構函數(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: //構造函數(shù) Test(int ia = 0) { data = new int{ ia }; //data指向一塊堆區(qū)內存 } //析構函數(shù) ~Test(); private: int* data; }; //析構函數(shù) Test::~Test() { delete data; //把額外空間的釋放寫進析構函數(shù) data = nullptr; }
3.拷貝構造函數(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)析構時的錯誤。
class Test { public: //構造函數(shù) Test(int ia = 0) { data = new int{ ia }; //data指向一塊堆區(qū)內存 } //拷貝構造函數(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用拷貝構造函數(shù)來構造形參,而函數(shù)始終無法執(zhí)行 private: int* data; }; //默認的拷貝構造函數(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釋放引發(fā)程序崩潰。 } //拷貝構造函數(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: //構造函數(shù) Test(int ia = 0) { data = new int{ ia }; //data指向一塊堆區(qū)內存 } //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,同時增加了移動構造函數(shù)、和移動賦值函數(shù)。
7.移動構造函數(shù)
作用:針對某些情況構造對象的優(yōu)化,避免重復的開辟內存。
使用場景:比如把臨時對象的資源作為構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: //構造函數(shù) Test(int ia = 0) :data(new int{ ia }) {} // 拷貝構造 .. // 賦值.. // 析構.. // 移動構造 Test(Test&& rhs) { this->data = rhs.data; // 資源的轉移 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 的資源轉移給 t2 t.print(); t2.print(); return 0; }
8.移動賦值函數(shù)
作用:資源的轉移,針對某些情況下,節(jié)省內存的開辟。
class Test { public: //構造函數(shù) Test(int ia = 0) :data(new int{ ia }) {} // 拷貝構造 .. // 賦值.. // 析構.. // 移動構造 // 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:
另外一個關于移動構造的話題是異常。對于移動構造函數(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,這就會導致一些指針就成為懸掛指針。因此程序員應該盡量編寫不拋出異常的移動構造函數(shù),通過為其添加一個noexcept關鍵字,可以保證移動構造函數(shù)中拋出來的異常會直接調用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)在類的移動構造函數(shù)沒有noexcept關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,而在類的移動構造函數(shù)有noexcept關鍵字時,返回一個右值引用,從而使變量可以使用移動語義。
關于移動構造函數(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:左邊是輸出結果,右邊是注釋
Construct:1 // 在GetTemp() 函數(shù)中,執(zhí)行 HasPtrMem h; 構造對象 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,此時第一次調用移動構造 Destruct:1 // 進入main() 函數(shù)時,GetTemp();調用結束、進行清棧(棧幀回退),析構掉局部對象( 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,調用了移動構造函數(shù),此時第二次調用移動構造 Destruct:2 // 在main() 函數(shù)中,執(zhí)行了a = GetTemp(); 后,臨時對象生存期結束,析構掉臨時對象(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)結束,對象 a 生存周期結束,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++中關閉這個優(yōu)化,這樣可以使我們在代碼運行的結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中禁止構造函數(shù),卻可以通過移動的構造或移動賦值對unique_ptr擁有的資源進行轉移)。
總結
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注腳本之家的更多內容!
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