C++ 类的成员函数

Love The Way You Lie 2023-07-23 05:59 9阅读 0赞

### C++ 类的成员函数 ###

*  一、普通成员函数
 *   *  1、普通成员函数的声明
     *  2、普通成员函数的定义方式
     *  3、普通成员函数的调用方式
 *  二、构造函数
 *   *  1、构造函数的分类
     *  2、构造函数的特点
     *  3、构造函数的作用
     *  4、构造函数何时调用
     *  5、构造函数的调用方式
     *  6、构造函数的定义方式
     *  7、构造函数初始化成员的方式
     *  （一）、自定义构造函数
     *   *  函数原型
     *  （二）、默认构造函数
     *   *  1、函数原型
         *  2、自定义默认构造函数的方式:
         *  3、默认构造函数的注意事项：
         *  4、默认构造函数的作用
     *  （三）、拷贝构造函数
     *   *  1、拷贝构造函数的类型
         *  2、拷贝构造函数的功能
         *  3、拷贝构造函数何时调用
         *  4、默认拷贝构造函数
         *  5、自定义拷贝构造函数
 *  四、析构函数
 *   *  1、析构函数分类
     *  2、析构函数的特点
     *  3、析构函数的作用
     *  4、析构函数何时调用
     *  5、默认析构函数
     *  6、自定义析构函数
     *   *  1）、函数原型
         *  2）、何时需要自定义析构函数
 *  五、赋值运算符重载函数
 *   *  1、赋值运算符的分类
     *  2、赋值运算符的功能
     *  3、何时使用赋值运算符
     *  4、默认的赋值运算符
     *  5、自定义的赋值运算符
 *  六、移动构造函数（C++11）
 *   *  1、函数原型
     *  2、移动构造函数的原理
     *  3、何时调用移动构造函数
     *  4、隐式声明的移动构造函数
 *  七、移动构赋值运算符函数（C++11）
 *   *  1、函数原型
     *  2、何时调用移动构赋值运算符函数
     *  3、移动赋值运算符的作用
     *  4、隐式声明的移动赋值运算符
 *  八、静态成员函数（static成员函数）
 *   *  1、函数原型
     *  2、静态成员函数的特性
 *  九、常成员函数（const成员函数）
 *   *  1、函数原型
     *  2、常成员函数的特性
     *  3、常成员函数的作用
 *  十、三五法则
 *   *  1、三法则
     *  2、五法则
     *  3、三五法则

# 一、普通成员函数 #

## 1、普通成员函数的声明 ##

> 普通成员函数必须在类中声明，声明方式与声明普通函数的方式一样

class People
    { 
    public:
        void getWeight();
        void getHeight(); //成员函数
    };

## 2、普通成员函数的定义方式 ##

> 成员函数的定义有两种方式：  
> 1）、在类中定义，此时该函数默认为内联函数；  
> 2）、在类外定义，但要使用作用域限定符（::）

class Rectangle
    { 
    private:
        float height;
        float width; //数据成员
        
    public:
        float getWidth()
        { 
        	return width; //类中定义，默认为内联函数
    	}
    	
        float getHeight(); 
    };
    
    //类外定义
    float Rectangle::getHeight()
    { 
    	return height;
    }

## 3、普通成员函数的调用方式 ##

> 1）、通过对象使用成员运算符(.）调用；  
> 2）、通过对象指针使用间接成员运算符(->)调用

# 二、构造函数 #

## 1、构造函数的分类 ##

> 1）、自定义构造函数（可有参数也可以没有参数）；  
> 2）、默认构造函数；  
> 3）、拷贝构造函数

> 当没有自定义构造函数时，编译器会提供一个默认的构造函数；当自定义构造函数后，编译器不再提供默认构造函数

## 2、构造函数的特点 ##

> 1）、构造函数没有返回值和声明类型；  
> 2）、构造函数名与类名相同；  
> 3）、构造函数可以有参数也可以没有参数；  
> 4）、构造函数的函数体可以为空也可以不为空；  
> 5）、构造函数可在类中定义也可在类外定义；  
> 6）、构造函数不能声明为const型的；  
> 7）、构造函数的参数可以有默认值；  
> 8）、类可以有多个构造函数

## 3、构造函数的作用 ##

> 用来初始化对象的数据成员

## 4、构造函数何时调用 ##

> 构造函数在创建对象时自动调用

## 5、构造函数的调用方式 ##

> 1）、显式调用  
> 2）、隐式调用

## 6、构造函数的定义方式 ##

> 1）、在类中定义；  
> 2）、可在类外定义，此时需要使用作用域限定符（::）

## 7、构造函数初始化成员的方式 ##

> 1）、在函数体内一一赋值初始化；  
> 2）、采用初始化列表初始化

赋值初始化示例：

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class Student
    { 
    private:
        int m_age;
        float m_score;
    
    public:
        Student() {  }
        Student(int age, float score)
        { 
            m_age = age;
            m_score = score;
        }
    
        void show()
        { 
            cout << "age = " << m_age
                 << " score = " << m_score
                 << endl;
        }
    };
    
    int main()
    { 
        Student stu = Student(16, 90); //显式调用
        stu.show();
    
        Student stu1(18, 96);  //隐式调用
        stu1.show();
    
        return 0;
    }

初始化列表示例

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class Student
    { 
    private:
        int m_age;
        float m_score;
    
    public:
        Student(int age, float score) : m_age(age), m_score(score)
        { 
    
        }
    
        void show()
        { 
            cout << "age = " << m_age
                 << " score = " << m_score
                 << endl;
        }
    };
    
    int main()
    { 
        Student stu = Student(16, 90); //显式调用
        stu.show();
    
        Student stu1(18, 96);  //隐式调用
        stu1.show();
    
        return 0;
    }

## （一）、自定义构造函数 ##

### 函数原型 ###

className(argument-list)
    { 
    	... //
    }

## （二）、默认构造函数 ##

### 1、函数原型 ###

className()
    { 
    
    }

> 编译器提供的默认构造函数不接受任何参数，函数体也不执行任何操作；

### 2、自定义默认构造函数的方式: ###

> 1）、给已有的构造函数的所有参数提供默认值；  
> 2）、通过函数重载定义一个没有参数的构造函数

> 默认构造函数可在类中定义也可在类外定义，在类外定义时需要使用作用域限定符（::）

例如：

class Rectangle
    { 
    private:
        float height;
        float width; 
        
    public:
         Rectangle(float w = 0, float h = 0); //默认构造函数定义方式1
         Rectangle() //默认构造函数定义方式2
         { 
         	height = 0;
         	width = 0;
    	 }
    };

### 3、默认构造函数的注意事项： ###

> 1）、如果在类中没有显式定义构造函数，则C++自动提供默认构造函数；  
> 2）、如果显式定义了构造函数，则C++不会再提供默认构造函数，必须为类提供一个默认构造函数；  
> 3）、默认构造函数只能有一个；  
> 4）、设计类时，通常应提供对所有类成员做隐式初始化的默认构造函数；  
> 5）、默认构造函数初始化对象时对象的初始值是未知的

### 4、默认构造函数的作用 ###

> 有了默认构造函数（没有参数或所有参数都有默认值），在创建对象的时候就不必初始化对象

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class Student
    { 
    private:
        int m_age;
        float m_score;
    
    public:
        Student(){ }
        Student(int age, float score)
        { 
            m_age = age;
            m_score = score;
        }
    
        void show()
        { 
            cout << "age = " << m_age
                 << " score = " << m_score
                 << endl;
        }
    };
    
    int main()
    { 
        Student stu; //有了默认构造函数就可以先定义对象再进行初始化，否则就必须在定义的同时进行初始化： Student stu = Student(16, 90);
        stu = Student(16, 90); 
        stu.show();
    
        return 0;
    }

## （三）、拷贝构造函数 ##

> 类 T 的拷贝构造函数是非模板构造函数，其首个形参为 T&、const T&、volatile T& 或 const volatile T&，而且要么没有其他形参，要么剩余形参均有默认值  
> 当没有自定义拷贝构造函数时，编译器会提供一个默认的拷贝构造函数；当自定义拷贝构造函数后，编译器不再提供默认拷贝构造函数

### 1、拷贝构造函数的类型 ###

> 拷贝构造函数分为两类：  
> 1）、默认拷贝构造函数  
> 2）、自定义拷贝构造函数

### 2、拷贝构造函数的功能 ###

> 逐个复制非静态成员的值

### 3、拷贝构造函数何时调用 ###

> 拷贝构造函数在以下三种情况下调用：  
> 1）、用类的一个对象初始化另一个对象；  
> 2）、将对象作为实参传递给一个非引用类型的形参（即按值传递）；  
> 3）、函数返回对象

### 4、默认拷贝构造函数 ###

函数原型

className(const className &);

> 拷贝构造函数说明：  
> 1）、该函数接收一个指向类类型的引用作为参数；  
> 2）、当没有自定义拷贝构造函数时，编译器会提供一个默认的拷贝构造函数作为其类的非 explicit 的 inline public 成员；当自定义拷贝构造函数后，编译器不再提供默认拷贝构造函数；  
> 3）、默认拷贝函数对成员的复制称之为浅拷贝

### 5、自定义拷贝构造函数 ###

什么情况下需要自定义拷贝构造函数？

> 当类中有需要用new来分配存储空间的成员时，需要自定义拷贝构造函数，此时的拷贝称之为深拷贝

#include <iostream>
    #include <cstring>
    
    using namespace std;
    
    class Str
    { 
    public:
        char *p;
    
    public:
        Str(char *s)
        { 
            int len = strlen(s);
            p = new char[len + 1];
            strcpy(p, s);
            cout << "调用构造函数" << endl;
        }
    
        Str(const Str &s)
        { 
            int len = strlen(s.p);
            p = new char[len + 1];
            strcpy(p, s.p);
            cout << "调用拷贝构造函数" << endl;
        }
    
        ~Str()
        { 
            if (p != NULL)
            { 
                delete [] p;
            }
            cout << "调用析构函数" << endl;
        }
    };
    
    int main()
    { 
        char s[] = "Hello";
        Str s1(s);
        Str s2 = s1;
    
        cout << s1.p << endl;
        cout << s2.p << endl;
    
        return 0;
    }

# 四、析构函数 #

## 1、析构函数分类 ##

> 1）、自定义的析构函数；  
> 2）、默认的析构函数  
> 当没有自定义析构函数时，编译器会提供一个默认的析构函数；当自定义析构函数后，编译器不再提供默认拷贝构造函数

## 2、析构函数的特点 ##

> 1）、析构函数声明时须在函数名前面加上~；  
> 2）、析构函数没有参数，故不能重载，故类只能有一个析构函数；  
> 3）、析构函数没有返回值和声明类型；  
> 4）、若在类中没有显式定义析构函数，C++会自动提供一个默认的析构函数；若显式定义了析构函数，则不会再提供默认的析构函数；  
> 5）、若某个类作为基类，则一般将析构函数声明为虚析构函数  
> 6)、析构函数可以声明为纯虚，例如对于需要声明为抽象类，但没有其他可声明为纯虚的适合函数的基类；  
> 7）、析构函数可在类中定义也可在类外定义，在类外定义时需要使用作用域限定符（::）

## 3、析构函数的作用 ##

> 析构函数用来销毁对象和为对象的数据成员使用new分配的内存空间

## 4、析构函数何时调用 ##

> 以下情况下，析构函数是由编译器决定调用  
> 1）、若创建的是静态存储类对象，则析构函数在程序运行结束时被自动调用；  
> 2）、若创建的是自动存储类对象，则析构函数在程序执行完对象所在的代码块时被自动调用；  
> 3）、若对象是通过new创建的，则析构函数在使用delete释放对象占用的内存时被自动调用  
> 4）、若创建的是临时对象，则程序在结束对该对象的使用时调用析构函数

## 5、默认析构函数 ##

函数原型

~className()
    { 
    }

## 6、自定义析构函数 ##

### 1）、函数原型 ###

~className() 
    { 
    }
    
    virtual ~className() //类作为基类时的通常设为virtual
    { 
    }

示例：

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class Student
    { 
    public:
        Student(){ }
        ~Student(){ cout << "对象被销毁" << endl;}
    };
    
    int main()
    { 
        { 
            Student stu;
    
            Student *sp = new Student;
            delete sp;
        }
        return 0;
    }

运行结果：

对象被销毁
    对象被销毁

### 2）、何时需要自定义析构函数 ###

> 在以下情况下需要自定义的析构函数；  
> 1）、当类中有需要用new来分配存储空间的成员时；  
> 2）、当某个类作为另一个类的基类

# 五、赋值运算符重载函数 #

## 1、赋值运算符的分类 ##

> 1）、自定义的赋值运算符  
> 2）、编译器提供的默认的赋值运算符

> 当没有自定义赋值运算符时，编译器会提供一个默认的赋值运算符；当自定义赋值运算符后，编译器不再提供默认赋值运算符

## 2、赋值运算符的功能 ##

> 与拷贝构造函数相似，赋值运算符也对非静态成员进行逐个复制，如果成员本身是类对象，则程序将使用为这个类定义的赋值运算符来复制该成员，但静态数据不受影响

## 3、何时使用赋值运算符 ##

> 将已有的对象赋给另一个对象时

MyClass foo;
    MyClass bar (foo);       // 初始化对象，调用拷贝构造函数
    MyClass baz = foo;       // 初始化对象，调用拷贝构造函数
    
    foo = bar;               // bar已经被初始化: 调用赋值运算符

## 4、默认的赋值运算符 ##

函数原型

className & operator=(const className &);

## 5、自定义的赋值运算符 ##

什么时候需要自定义赋值运算符

> 1）、用非类类型的值为类类型的对象赋值时（当然，这种情况下我们可以不提供相应的赋值运算符重载函数，而只提供相应的构造函数）；  
> 2）、当类中含有指针成员，将同一个类的一个对象赋值给另一个对象时

# 六、移动构造函数（C++11） #

## 1、函数原型 ##

className (className &&);

> 类 T 的移动构造函数是非模板构造函数，其首个形参是 T&&、const T&&、volatile T&& 或 const volatile T&&，且无其他形参，或剩余形参均有默认值

## 2、移动构造函数的原理 ##

> 拷贝构造函数中，对于指针要采用深拷贝，而移动构造函数中，对于指针采用浅拷贝。类中有指针时浅拷贝之所以危险，是因为两个指针共同指向同一片内存空间，若将第一个指针释放，则另一个指针的指向就合法了。

## 3、何时调用移动构造函数 ##

> 同拷贝构造函数

## 4、隐式声明的移动构造函数 ##

> 若不对类提供任何用户定义的移动构造函数，且下列各项均为真：  
> 1）、没有用户声明的复制构造函数；  
> 2）、没有用户声明的复制赋值运算符；  
> 3）、没有用户声明的移动赋值运算符；  
> 4）、没有用户声明的析构函数；  
> 则编译器将声明一个移动构造函数，作为其类的非 explicit 的 inline public 成员

#include <iostream>
    #include <cstring>
    
    using namespace std;
    
    class Str
    { 
    public:
        char *p;
    
    public:
        Str(char *s)
        { 
            int len = strlen(s);
            p = new char[len + 1];
            strcpy(p, s);
            cout << "调用构造函数" << endl;
        }
    
        Str(Str &&s) //移动构造函数
        { 
            p = s.p;
            s.p = nullptr;
            cout << "调用移动构造函数" << endl;
        }
    
        ~Str()
        { 
            delete [] p;
            cout << "调用析构函数" << endl;
        }
    };
    
    int main()
    { 
        char s[] = "Hello";
        Str s1(s);
        Str s2(move(s1));
        cout << s2.p << endl;
    
        return 0;
    }

# 七、移动构赋值运算符函数（C++11） #

## 1、函数原型 ##

className &operator=(className &&);

## 2、何时调用移动构赋值运算符函数 ##

> 同赋值运算符

## 3、移动赋值运算符的作用 ##

> 执行与移动构造函数相同的工作

## 4、隐式声明的移动赋值运算符 ##

> 若不对类类型（struct、class 或 union）提供任何用户定义的移动赋值运算符，且下列各项均为真：  
> 没有用户声明的复制构造函数；  
> 没有用户声明的移动构造函数；  
> 没有用户声明的复制赋值运算符；  
> 没有用户声明的析构函数；  
> 隐式声明的移动赋值运算符不会被定义为弃置，  
> (C++14 前)  
> 则编译器将声明一个移动赋值运算符，作为其类的 inline public 成员

#include <iostream>
    #include <cstring>
    
    using namespace std;
    
    class Str
    { 
    public:
        char *p;
    
    public:
        Str()
        { 
    
        }
    
        Str(char *s)
        { 
            int len = strlen(s);
            p = new char[len + 1];
            strcpy(p, s);
            cout << "调用构造函数" << endl;
        }
    
        Str(Str &&s)
        { 
            p = s.p;
            s.p = nullptr;
            cout << "调用移动构造函数" << endl;
        }
    
        Str &operator=(Str &&s)
        { 
            p = s.p;
            s.p = nullptr;
            cout << "调用移动赋值运算符" << endl;
        }
    
        ~Str()
        { 
            delete [] p;
            cout << "调用析构函数" << endl;
        }
    };
    
    int main()
    { 
        char s[] = "Hello";
        Str s1(s);
        Str s3;
        Str s2(move(s1));
    
        s3 = move(s2);
        cout << s3.p << endl;
    
        return 0;
    }

# 八、静态成员函数（static成员函数） #

## 1、函数原型 ##

static type functionName(arguments-list)
    { 
    	... //函数体
    }

## 2、静态成员函数的特性 ##

> 1）、静态成员遵循类成员访问规则（私有、保护、公开）；  
> 2）、静态成员函数不关联到任何对象，即使不定义类的任何对象它们也存在，它们无 this 指针，只能访问静态成员（包括静态成员变量和静态成员函数）；  
> 3）、静态成员函数不能为 virtual、const 或 volatile；  
> 4）、静态成员函数的地址可以存储在常规的函数指针中，但不能存储于成员函数指针中；  
> 5）、静态数据成员不能为 mutable；  
> 6）、在命名空间作用域中，若类自身具有外部连接（即不是无名命名空间的成员），则类的静态数据成员也具有外部连接。局部类（定义于函数内部的类）和无名类，包括无名类的成员类，不能拥有静态数据成员；  
> 7）、静态成员函数在类外定义时不需要加关键字static

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class Student
    { 
    public:
        Student(char *name, int age, float score);
        void show();
    
    public:  //声明静态成员函数
        static int getTotal();
        static float getPoints();
    
    private:
        static int m_total;  //总人数
        static float m_points;  //总成绩
    
    private:
        char *m_name;
        int m_age;
        float m_score;
    };
    
    int Student::m_total = 0;
    float Student::m_points = 0.0;
    
    Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score)
    { 
        m_total++;
        m_points += score;
    }
    void Student::show(){ 
        cout<<m_name<<"的年龄是"<<m_age<<"，成绩是"<<m_score<<endl;
    }
    
    //定义静态成员函数
    int Student::getTotal(){ 
        return m_total;
    }
    
    float Student::getPoints(){ 
        return m_points;
    }
    
    int main()
    { 
        (new Student("小明", 15, 90.6)) -> show();
        (new Student("李磊", 16, 80.5)) -> show();
        (new Student("张华", 16, 99.0)) -> show();
        (new Student("王康", 14, 60.8)) -> show();
    
        int total = Student::getTotal();
        float points = Student::getPoints();
        cout<< "当前共有" << total
            << "名学生，总成绩是" << points
            << "，平均分是" << points / total << endl;
    
        return 0;
    }

运行结果：

小明的年龄是15，成绩是90.6
    李磊的年龄是16，成绩是80.5
    张华的年龄是16，成绩是99
    王康的年龄是14，成绩是60.8
    当前共有4名学生，总成绩是330.9，平均分是82.725

# 九、常成员函数（const成员函数） #

## 1、函数原型 ##

type functionName(arguments-list) const;

## 2、常成员函数的特性 ##

> 1）、常成员函数需要在声明和定义的时候在函数头部的结尾加上 const 关键字  
> 2）、常对象只能调用常成员函数，普通对象可以调用所有成员函数；  
> 3）、常成员函数中的const修饰的是该成员函数隐含的this指针，常成员函数中不能改变数据成员的值  
> 4）、const成员函数既可使用const数据，也可使用非const数据，但都不能改变值

#include <iostream>
    #include <cstring>
    
    using namespace std;
    
    class Test
    { 
    private:
        int m_a;
        int m_b;
    
    public:
        Test(int a, int b) : m_a(a), m_b(b)
        { 
    
        }
    
        int getA() const
        { 
            return m_a;
        }
    
        int getB() const
        { 
            return m_b;
        }
    };
    
    int main()
    { 
        Test test(1, 2);
    
        int a = test.getA();
        int b = test.getB();
    
        cout << "a = " << a << endl;
        cout << "b = " << b << endl;
    
        return 0;
    }

## 3、常成员函数的作用 ##

> 常成员函数中不得修改类中的任何数据成员的值

例如：

class Complex
    { 
    public:
        Complex();
        Complex(int real, int image);
    
        virtual ~Complex();
    	
    	//编译出错，因为修改了数据成员，去掉const就正确
        void Print() const
        { 
            cout << "real = " << ++m_real << " image = " << ++m_image << endl;
        }
    
    	//正确
        void Print() const
        { 
            cout << "real = " << m_real << " image = " << m_image << endl;
        }
    
    private:
        int m_real;
        int m_image;
    };

# 十、三五法则 #

## 1、三法则 ##

> 如果需要析构函数，则一定需要拷贝构造函数和拷贝赋值操作符

## 2、五法则 ##

> 在 C++11 标准中，为了支持移动语义，又增加了移动构造函数和移动赋值运算符，这样共有五个特殊的成员函数，所以又称为“C++五法则”；

## 3、三五法则 ##

> 三法则”是针对较旧的 C++89 标准说的，“五法则”是针对较新的 C++11 标准说的；为了统一称呼，后来人们干把它叫做“C++ 三/五法则”

> 1). 需要析构函数的类也需要拷贝构造函数和拷贝赋值函数;  
> 2). 需要拷贝操作的类也需要赋值操作，反之亦然;  
> 3). 析构函数不能是删除的;  
> 4). 如果一个类有删除的或不可访问的析构函数，那么其默认和拷贝构造函数会被定义为删除的;  
> 5). 如果一个类有const或引用成员，则不能使用合成的拷贝赋值操作

注：如果在类中没有显式定义以下函数，则编译器自动提供

> 1）、构造函数  
> 2）、析构函数  
> 3）、拷贝构造函数  
> 4）、赋值运算符  
> 5）、地址运算符

参考：

1、《C++ Primer Plus》  
2、《Primer C++》  
3、[https://zh.cppreference.com][https_zh.cppreference.com]  
4、[http://c.biancheng.net/view/2230.html][http_c.biancheng.net_view_2230.html]  
5、[C++ 三五法则][C_]

[https_zh.cppreference.com]: https://zh.cppreference.com/w/cpp/language
[http_c.biancheng.net_view_2230.html]: http://c.biancheng.net/view/2230.html
[C_]: https://blog.csdn.net/chen1415886044/article/details/104074210