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C++ 特殊成员函数、虚继承、浅拷贝深拷贝

发表于 更新于
作者 senlongan
15 分钟阅读

特殊成员函数

架构

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合成：编译器自动生成

默认：特殊成员函数的最基本形式

构造

  • 默认构造函数：可以不用实参（也可以提供默认实参）进行调用的构造函数
  • 能否重载：能
  • 能否声明为虚函数：构造函数不能声明为虚函数
    • 构造函数声明为虚函数会产生虚表，虚表指针，虚构造函数存放在虚表中，需通过虚表指针访问
    • 虚表指针在构造函数内初始化，即指向虚表
    • 调用构造函数前，未初始化虚指针，因此虚构造函数无法访问，对于类来说无法访问构造函数，则不能创建类对象，否则会出现编译错误
  • 合成默认构造函数的合成条件：
    • 当没有自定义构造函数时，且需要触发以下条件之一：
      • 含有类对象数据成员，且该类对象有默认构造函数
      • 类派生自一个含有默认构造函数的基类时
      • 类包含虚函数：本身定义的 / 继承重写的
      • 带有虚继承的类
  • 构造函数调用时机：定义类对象时自动调用
  • 合成默认构造函数的合成时机：定义类对象时才会开始合成
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class MyClass {
public:
    MyClass() { ... }                    
    MyClass(int x = 0, int y = 0) { ... }
};

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  • 自定义默认构造函数,显示编写的，而合成默认构造函数是隐式的，它们都不需要参数调用
  • 类成员初始化方式：
    • 注：20以下为VS_Debug模式下测试结果，对于诸如对类成员的默认初始化的方式、未满足合成条件的行为、未定义的值……受到编译器、调试模式、项目设置……影响，因此以下结果只作为参考
    • 定义类对象
    • 按照类定义中的声明顺序，为所有类成员分配内存空间
    • 如果类对象使用默认初始化方式定义的
      • 如果有自定义的默认构造函数
        • 成员初始化列表初始化
          • 如果在列表中，列表显示初始化
          • 否则如果存在类内初始值，初始化它
          • 否则对成员执行默认初始化（如果成员是类类型要递归处理）
        • 调用构造函数体
          • 函数体内赋值：如果有赋值操作，进行赋值，会覆盖初始值
          • 其他操作指令……
      • 如果有合成的默认构造函数
        • 如果存在类内初始值，初始化它
        • 否则对成员执行默认初始化（如果成员是类类型要递归处理）
      • 如果没有默认构造，发生错误
    • 如果类对象使用值初始化方式定义的
      • 如果有自定义的默认构造函数，同上（最后一步改为零初始化）
      • 如果有合成的默认构造函数，同上（最后一步改为零初始化）
      • 如果没有默认构造，发生错误
    • 如果类对象使用直接/拷贝初始化方式定义的
      • 如果有匹配的自定义非默认构造函数，同上
      • 如果没有匹配的自定义非默认构造函数，发生错误
  • 哪些成员必须通过成员初始化列表进行初始化：
    • 常量成员变量，虽然允许类内初始值，但C++语法要求必须通过成员初始化列表进行初始化
    • 引用类型成员变量
    • 没有默认构造函数类类型成员, 应显示调用有参构造函数
    • 继承体系中基类构造函数
  • 成员变量的初始化顺序：与它们在类定义中的声明顺序相同，而不是它们在初始化列表中出现的顺序
  • 静态变量不能出现在列表中，因为它不属于具体类对象，它必须在类外显示定义和初始化
  • 继承体系中基类构造函数调用方式
    • 显示/隐式调用：派生类 显示的在其初始化列表中调用基类的构造函数 / 隐式调用基类的默认构造函数，如果基类没有默认构造函数，将编译失败
    • 只有调用了基类的构造函数，才能初始化基类部分
  • 继承体系中构造函数调用顺序是递归的
    • 调用顺序：派生类 -> 直接基类 -> 间接基类
    • 执行顺序：间接基类 -> 直接基类 -> 派生类

析构

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~ MyClass();

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  • 析构函数合成条件：当未自定义析构函数时，且基类和成员变量均有可访问的析构函数
  • 能否重载：不能像构造函数一样重载，一个类仅有一个析构函数
  • 能否声明为虚函数：析构函数可以声明为虚函数，特别当基类指针调用时，最好声明为虚函数，否则会导致内存泄漏
  • 析构函数调用时机：作用域结束/调用delete清理内存时
  • 合成的默认析构函数做了什么：会对类内类类型成员按照声明逆序调用各自的析构函数，内置类型成员无需额外操作
  • 析构顺序：当基类指针指向派生类，并且基类为虚析构，执行顺序：派生类 -> 直接基类 -> 间接基类

拷贝构造

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MyClass(const MyClass& class);

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  • 拷贝构造函数形式：
  • 能否重载：能，但有一定限制，const/非const版本，其余参数均有默认实参
  • 能否声明为虚函数：不能
  • 调用时机：使用拷贝初始化方式定义类对象
  • 形参必须是引用：A = B，A的拷贝构造传入B，B拷贝给形参，A的形参的拷贝构造传入B，B拷贝给形参的形参，A的形参的形参的拷贝构造传入B……无限循环
  • 合成的默认拷贝构造做了什么：将B类每个成员通过赋值方式（浅拷贝）传递给A类对应成员
  • 继承体系中基类拷贝构造函数调用方式
    • 显示的在初始化列表中调用基类的拷贝构造函数 / 隐式调用基类的默认拷贝构造函数，参数是派生类的实参
  • 继承体系中拷贝构造函数调用顺序
    • 调用顺序和普通的构造函数相同

拷贝赋值

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MyClass& operator=(const MyClass& b){
  ……
  if(this != &b){//避免自赋值
    delete this->p;
    this->p = new type(*(b.p));
  }
	return *this;//返回左侧运算对象的引用
}

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  • 拷贝赋值函数：2元运算符，应该返回自身引用（可以支持连续赋值）
  • 能否重载：能，但有一定限制，const/非const版本，其余参数均有默认实参
  • 能否声明为虚函数：不能
  • 调用时机：A已初始化,使用同类类型对象B赋值时
  • 合成的默认拷贝赋值做了什么：将B类每个成员通过赋值方式（浅拷贝）传递给A类对应成员
  • 避免自赋值：
    • 提高效率
    • 如果类包含指针成员，将数据丢失

注：移动构造,移动赋值： 详见其他章节

指针数据成员

  • 如果一个类有指针数据成员，合成的析构函数不会delete它，因此需要自定义
  • 对于合成的拷贝构造和赋值,将会浅拷贝指针，多个指针指向同一内存，会多次释放同一内存，因此也需要自定义

= default = delete

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MyClass() = default;  // 等价于：MyClass();
MyClass(const MyClass&) = delete;
MyClass& operator=(const MyClass&) = delete;

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default：创建合成的默认函数，相比于自定义默认函数，效率要高，适用于所有特殊成员函数（注意：默认版本要保持唯一性，非默认版本可以有重载）

delete：表示此函数不能被调用，适用于任何成员函数

  • 修饰构造；禁止创建此类型的变量
  • 修饰析构；禁止创建此类型的变量，但是可以动态分配内存，但不能delete
  • 修饰拷贝构造/赋值；禁止拷贝
  • 修饰移动构造/赋值；禁止移动
  • 如果类某成员的析构=delete，则类的析构、拷贝构造、构造也=delete
  • 如果类某成员的拷贝构造=delete，则类的拷贝构造也=delete
  • 如果类某成员的拷贝赋值=delete/const成员/引用成员，则类的拷贝赋值也=delete
  • 类const成员没有在列表初始化并且没有显示定义默认构造/引用成员没有在列表初始化，，则类的构造也=delete

private：

  • 也可以达到=delete的效果，但是比较麻烦，
  • 比如拷贝构造为private，构造析构为public，因此可以创建对象但不能拷贝对象，
  • 但是对于友元和成员函数，仍可以拷贝对象，为了阻止此行为，我们仅声明拷贝构造不定义它，
  • 如果外部调用它，将发生编译错误，如果友元/成员调用了它，将发生链接错误
  • 而对于delete的话比较简单，只需要将它们=delete，外部/友元/成员调用它，都将出现编译错误
  • 因此优先使用=delete

虚继承

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class X  { public: int i; };
class A : virtual public X{ public:int j; };
class B : virtual public X{ public:double d; };
class C : public A, public B{ public: int k; };

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  • 虚继承：多重继承下确保子类对象中,每个父类只含有一个副本，解决菱形继承问题
  • 虚基类：若类A虚继承于类X，则对于A来说，类X是类A的虚基类
  • 虚继承会一直传递到最终派生类

浅拷贝与深拷贝

  • 浅拷贝
    • 定义：对类对象中的成员进行简单的赋值
    • 问题：
      • 存在静态成员
        • 静态成员不会被拷贝，多个类对象共享同一静态成员
      • 存在动态成员
        • 由于默认赋值操作：A_p = B_p, 是将B_p指向的内存地址拷贝给A_p，因此它们共享同一内存，共同指向同一个对象
        • 会出现多次释放同一内存的错误
        • 因此要使用深拷贝，在拷贝构造/赋值
  • 深拷贝
    • 定义：对类对象中的成员非进行简单的赋值
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    A_p = new type();//分配独立内存
*A_p = *B_p;//值拷贝

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    • 方式：分配一块新的内存，将值拷贝过去
C++
本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权
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