cpp_07_类型转换构造_析构函数_深拷贝_静态成员

1  类型转换构造函数 1.1  why?

        基本类型之间的转换，编译器内置转换规则：int -> double

        类类型之间的转换，编译器不知道转换规则，需要用户提供：Cat -> Dog

// consconv_why.cpp 为什么需要自定义转换 #include <iostream> using namespace std; class Cat { public: Cat( const char* name ) : m_name(name) { //【string m_name(name);】 } void talk( ) { cout << m_name << ": 喵喵~~~" << endl; } private: string m_name; }; class Dog { public: Dog( const char* name ) : m_name(name) { //【string m_name(name);】 } void talk( ) { cout << m_name << ": 汪汪~~~" << endl; } private: string m_name; }; // 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类) // -------------------------------- // 模拟用户(使用类的人) int main( void ) { Cat smallwhite("小白"); smallwhite.talk( ); Dog bigyellow = smallwhite; // Cat --> Dog return 0; } 1.2  理论

        定义：1）单参构造                            (同于拷贝构造函数)   

                   2）参数类型与类类型不同      (异于拷贝构造函数)

        (单参构造就2种，参数类型同于类类型，就是拷贝构造，否则就是类型转换构造)

        class   目标类型 {

                   目标类型 ( const  源类型&  src ) { ... }  // 类型转换构造函数

                    };

        用于：

        1）利用一个已定义的对象，来定义另一个不同类型的对象

        2）实现从源类型到目标类型的隐式类型转换 

        通过explicit关键字，可以强制  这种通过类型转换构造函数实现的类型转换  必须通过静态转换显示地进行：

        class  目标类型 {

                explicit  目标类型 ( const  源类型&  src ) { ... };

        };

// consconv.cpp // 类型转换构造函数 -- 指定 源类型 到 目标类型 的 转换规则 #include <iostream> using namespace std; class Cat { public: explicit Cat( const char* name ) : m_name(name) { // 类型转换构造函数 //【string m_name(name);】 cout << "Cat类的类型转换构造函数被调用" << endl; } void talk( ) { cout << m_name << ": 喵喵~~~" << endl; } private: string m_name; friend class Dog; // 友元声明 }; class Dog { public: Dog( const char* name ) : m_name(name) { // 类型转换构造函数 //【string m_name(name);】 } explicit Dog( const Cat& c ) : m_name(c.m_name) { // 类型转换构造函数(Cat-->Dog的转换规则) //【string m_name=c.m_name;】 cout << "Dog类的类型转换构造函数被调用" << endl; } void talk( ) { cout << m_name << ": 汪汪~~~" << endl; } private: string m_name; }; // 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类) // -------------------------------- // 模拟用户(使用类的人) int main( void ) { // Cat smallwhite("小白"); // 定义smallwhite,利用smallwhite.Cat("小白")->类型转换构造函数 // Cat smallwhite = "小白"; // 定义 匿名Cat类对象,利用 匿名Cat类对象.Cat("小白")->隐式转换 // Cat smallwhite=匿名Cat类对象-->克隆 Cat smallwhite = static_cast<Cat>("小白"); // 定义 匿名Cat类对象,利用 匿名Cat类对象.Cat("小白")->静态转换 // Cat smallwhite=匿名Cat类对象-->克隆 smallwhite.talk( ); // Dog bigyellow(smallwhite); // 定义bigyellow,利用bigyellow.Dog(smallwhite)->类型转换构造函数 // Dog bigyellow = smallwhite; // 定义 匿名Dog类对象,利用 匿名Dog类对象.Dog(smallwhite)->隐式类型转换 // Dog bigyellow = 匿名Dog类对象-->克隆 Dog bigyellow = static_cast<Dog>(smallwhite); // 定义 匿名Dog类对象,利用 匿名Dog类对象.Dog(smallwhite)->静态类型转换 // Dog bigyellow = 匿名Dog类对象-->克隆 bigyellow.talk( ); return 0; }

2  析构函数 2.1  理论

        析构函数的函数名就是在类名前面加“~”，没有返回类型也没有参数，不能重载。

        在销毁对象之前一刻自动被调用，且仅被调用一次 ：

                - 对象离开作用域   （栈对象离开main函数）

                - delete操作符        （堆对象被释放）

        作用：销毁  对象的各个成员变量 

        如果一个类没有定义析构函数，那么编译器会为其提供一个默认的析构函数：

                - 对基本类型的成员变量，什么也不做。

                - 对类类型的成员变量，调用相应类型的析构函数。

                - 销毁 对象的各个成员变量 

2.2  析构过程

        

        对象的销毁过程：

        1）调用析构函数（陷）

                - 执行自己在析构函数中书写的代码 

                - 利用类成员变量调用相应的析构函数 

                - 释放对象的各成员变量所占内存空间 

        2）释放整个对象所占用的内存空间 （皮）

// 析构函数 #include <iostream> using namespace std; class Human { public: // 如果类没有提供任何构造函数,编译器将提供一个无参的构造函数 /* Human() { 【int m_age;】定义m_age,初值为随机数 【string m_name;】定义m_name,利用m_name.string() }*/ Human( int age=0, const char* name="无名" ) : m_age(age),m_name(name) { //【int m_age=age;】定义m_age,初值为age //【string m_name(name);】定义m_name,利用m_name.string(name) cout << "Human类缺省构造函数被调用" << endl; } // 如果类没有提供拷贝构造函数,编译器将提供一个默认的拷贝构造函数 /* Human( const Human& that ) { 【int m_age=that.m_age;】定义m_age,初值为that.m_age 【string m_name(that.m_name);】定义m_name,利用m_name.string(that.m_name)-->string类拷贝构造函数 }*/ Human( const Human& that ) : m_age(that.m_age), m_name(that.m_name) { //【int m_age=that.m_age;】定义m_age,初值为that.m_age //【string m_name(that.m_name);】定义m_name,利用m_name.string(that.m_name) cout << "Human类拷贝构造函数被调用" << endl; } // 如果类没有提供拷贝赋值函数,编译器将提供一个默认的拷贝赋值函数 /* Human& operator=( const Human& that ) { this->m_age = that.m_age; this->m_name = that.m_name; // this->m_name.operator=(that.m_name)-->string类的拷贝赋值函数 return *this; }*/ Human& operator=( const Human& that ) { // 编译器不会再拷贝赋值函数中塞任何操作 cout << "Human类的拷贝赋值函数被调用" << endl; this->m_age = that.m_age; this->m_name = that.m_name; // this->m_name.operator=(that.m_name)-->string类的拷贝赋值函数 return *this; } // 如果类没有提供析构函数,编译器将提供一个默认的析构函数 /* ~Human() { 对于基本类型成员变量m_age,什么都不做 对于类类型成员变量m_name,利用 m_name.~string() 释放 m_age/m_name 本身所占内存空间 }*/ ~Human() { cout << "Human类的析构函数被调用" << endl; // 对于基本类型成员变量m_age,什么都不做 // 对于类类型成员变量m_name,利用 m_name.~string() // 释放 m_age/m_name 本身所占内存空间 } void getinfo( ) { cout << "姓名: " << m_name << ", 年龄: " << m_age << endl; } private: int m_age; // 基本类型的成员变量 string m_name; // 类类型的成员变量 }; // 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类) // -------------------------------- // 模拟用户(使用类的人) int main( void ) { Human h; // 定义h,利用h.Human()-->h维护的内容为(无名,0) h.getinfo( ); Human h2(22,"张飞"); // 定义h2,利用h2.Human(22,"张飞")-->h2维护的内容为(张飞,22) h2.getinfo(); Human h3(h2); // = h2; // 定义h3,利用h3.Human(h2)-->触发拷贝构造函数 h3.getinfo(); Human h4; // 定义h4,利用h4.Human()-->h4维护的内容为(无名,0) cout << "h4被赋值前---"; h4.getinfo(); h4 = h3; // h4.operator=(h3)-->触发拷贝赋值函数 cout << "h4被赋值后---"; h4.getinfo(); cout << "------------main will be over----------------" << endl; return 0; } //(1) h.~Human() h2.~Human() h3.~Human() h4.~Human() (2)释放h/h2/h3/h4本身所占的内存空间 //(1) 删馅 (2)删皮 2.3  has to

        通常情况下，若对象在其声明周期的最终时刻，并不持有任何动态分配的资源，可以不定义析构函数。

        若对象在其声明周期的最终时刻，持有动态资源，则必须定义析构函数，释放对象所持有的动态资源。

// hastodes必须自己写析构函数的情况 -- 对象临死时，持有动态资源 #include <iostream> using namespace std; class A { public: A(int i) : m_i(i), m_p(new int), m_f(open("./file", O_CREAT|O_RDWR,0644)) { //【int m_i=i;】定义m_i,初值为i //【int* m_p=new int;】定义m_p,初值为指向一块堆内存(动态资源) //【int m_f=open(...);】定义m_f,初值为文件描述符-->文件表等内核结构(动态资源) } ~A() { delete m_p; close( m_f ); // 动态资源需要自己写代码释放 // 释放m_i / m_p / m_f 本身所占内存空间 } /* 默认析构函数 ~A() { 释放m_i / m_p / m_f 本身所占内存空间 } */ private: int m_i; int* m_p; int m_f; }; // 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类) // -------------------------------- // 模拟用户(使用类的人) int main( void ) { A a; // 定义a,利用a.A() return 0; } // a.~A() 释放a本身所占内存空间

        析构函数的功能并不局限在释放资源上，它还可以执行  我们希望在  对象被释放之前  执行的任何操作。 

3  深拷贝 3.1  浅拷贝缺陷

        如果类不提供拷贝构造，编译器将提供默认的拷贝构造。

        无论是  拷贝构造  还是  拷贝赋值，其默认实现，对任何类型的指针成员都是简单地复制地址，而并不复制地址指向的数据，这种情况称为浅拷贝。（左图）

        为了获得完整意义上的对象副本，必须自己定义  拷贝构造  和  拷贝赋值，针对指针型成员变量做深拷贝。（右图）

           

// copybytes_pre.cpp 类中有指针成员，默认拷贝构造 会有浅拷贝缺陷 #include <iostream> #include <cstring> using namespace std; // 模拟C++标准的string类 实现自己的String类 class String { public: String( const char* psz="" ) : m_psz(new char[strlen(psz)+1]) { //【char* m_psz=new char[strlen(psz)+1];】// 动态资源 strcpy( m_psz, psz ); } ~String( /* String* this */ ) { delete[] this->m_psz; // 释放 m_psz 本身所占内存空间 } char* c_str() { return m_psz; } // 默认的拷贝构造 /* String( const String& that ) { 【char* m_psz = that.m_psz;】只复制了地址，没有复制地址指向的数据-->浅拷贝 }*/ private: char* m_psz; }; // 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类) // -------------------------------- // 模拟用户(使用类的人) int main( void ) { String s1("hello"); cout << "s1:" << s1.c_str() << ", s1中的m_psz指向的堆内存的地址: " << (void*)s1.c_str() << endl; String s2(s1); // = s1; 定义s2,利用s2.String(s1)-->拷贝构造函数 cout << "s2:" << s2.c_str() << ", s2中的m_psz指向的堆内存的地址: " << (void*)s2.c_str() << endl; return 0; } // s1.~String() s2.~String()

        相对于拷贝构造，拷贝赋值需要做更多的工作：

                - 避免自赋值

                - 分配新资源

                - 拷贝新内容

                - 释放旧资源

                - 返回自引用

// copybytes.cpp 类中有指针成员，默认拷贝构造 会有浅拷贝缺陷 #include <iostream> #include <cstring> using namespace std; // 模拟C++标准的string类 实现自己的String类 class String { public: String( const char* psz="" ) : m_psz(new char[strlen(psz)+1]) { //【char* m_psz=new char[strlen(psz)+1];】// 动态资源 strcpy( m_psz, psz ); } ~String( /* String* this */ ) { delete[] this->m_psz; // 释放 m_psz 本身所占内存空间 } char* c_str() { return m_psz; } // 默认的拷贝构造 /* String( const String& that ) { 【char* m_psz = that.m_psz;】只复制了地址，没有复制地址指向的数据-->浅拷贝 }*/ // 深拷贝构造函数 String( const String& that ) : m_psz(new char[strlen(that.m_psz)+1]) { //【char* m_psz = new char[strlen(that.m_psz)+1];】 strcpy( m_psz, that.m_psz ); // 不复制地址，复制地址指向的数据-->深拷贝 } /* 默认拷贝赋值函数 String& operator=( const String& that ) { this->m_psz = that.m_psz; // 只复制了地址，没有复制地址指向的数据-->浅拷贝 return *this; } */ // 深拷贝赋值函数 String& operator=( const String& that ) { if( this != &that ) { // 防止自赋值 delete[] this->m_psz; // 释放旧资源 this->m_psz = new char[strlen(that.m_psz)+1]; // 分配新资源 strcpy( this->m_psz, that.m_psz ); // 拷贝新内容 } return *this; // 返回自引用 } private: char* m_psz; }; // 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类) // -------------------------------- // 模拟用户(使用类的人) int main( void ) { String s1("hello"); cout << "s1:" << s1.c_str() << ", s1中的m_psz指向的堆内存的地址: " << (void*)s1.c_str() << endl; String s2(s1); // = s1; 定义s2,利用s2.String(s1)-->拷贝构造函数 cout << "s2:" << s2.c_str() << ", s2中的m_psz指向的堆内存的地址: " << (void*)s2.c_str() << endl; String s3; // 定义s3，利用s3.String()-->s3维护一个字节堆内存('\0') s3 = s2; // s3.operator=(s2) cout << "s3:" << s3.c_str() << ", s3中的m_psz指向的堆内存的地址: " << (void*)s3.c_str() << endl; return 0; } // s1.~String() s2.~String() 3.2  建议

        1）只有类中有指针型成员变量，才会涉及深浅拷贝的问题，因此应尽量避免使用指针型成员变量。

        2）如果确实无法实现完整意义上的  深拷贝拷贝构造  和  深拷贝拷贝赋值，可将它们私有化，禁止用户使用。

4  静态成员 4.1  静态成员变量

        静态成员变量  不属于对象  而  属于类：

                - 静态成员变量不包含在对象中，进程级生命期

                - 静态成员变量的定义和初始化，只能在类的外部(即全局域)而不能在构造函数中进行。

                - 静态成员变量依然受  类作用域  和  访问控制限定符  的约束。

                - 访问静态成员变量，既可以通过  类  也可以通过  对象。

                - 静态成员变量为该类的所有对象实例所共享。

// static.cpp 类的静态成员变量 #include <iostream> using namespace std; // 普通成员变量:属于对象,对象的生命期 静态成员变量:不属于对象,进程级生命期 class A { public: A() { //【int m_i;】 } int m_i; // 声明 static int m_si; // 声明 }; int A::m_si = 0; // 全局域中定义-->进程级生命期 // 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类) // -------------------------------- // 模拟用户(使用类的人) int main( void ) { A a, b; // 静态成员变量没有保存在对象内部-->不属于对象 cout << "a对象的大小:" << sizeof(a) << endl; // 4 cout << "b对象的大小:" << sizeof(b) << endl; // 4 A::m_si = 888; // 静态成员受到类作用域的约束 也受到访问控制限定符的约束-->属于类 a.m_si = 999; // A::m_si=999; cout << "b.m_si=" << b.m_si << endl; // A::m_si // 类的静态成员变量，被该类的所有对象共享 return 0; }

4.2  静态成员函数

        静态成员函数  不属于对象(普通成员函数也不属于对象，更准确地说，不用非要对象来调)  而  属于类：

                - 静态成员函数没有this指针，也没有常属性  

                - 静态成员函数依然受  类作用域  和  访问控制限定符的约束

                - 访问静态成员函数，既可以通过  类  也可以通过  对象。（普通成员函数，只对象）

                -静态成员函数只能访问静态成员，而非静态成员函数可以访问所有成员。

// static.cpp 类的 静态成员变量 和 静态成员函数 #include <iostream> using namespace std; // 普通成员函数：必须利用对象来调用 静态成员函数：不是必须利用对象来调用 class A { public: int m_i; // 普通成员变量 void foo( /* const A* this */ ) const { // 普通成员函数 cout << "foo is invoked" << endl; cout << m_i << endl; // ok cout << m_si << endl;// ok bar(); // ok // 以上三行代码证明 非静态成员函数 即可访问非静态成员 也可访问 静态成员(不挑食) } static int m_si; //静态成员变量 static void bar( /*无this指针*/ ) /*const*/ { // 静态成员函数 cout << "bar is invoked" << endl; cout << m_si << endl; // ok // cout << m_i << endl; // error // foo(); // error // 以上三行代码证明 静态成员函数 只能访问 静态成员，不能访问非静态的普通成员(挑食) } }; int A::m_si = 0; // 全局域中定义-->进程级生命期 // 模拟类的设计者(类库、别人设计的类、自己设计的类) // -------------------------------- // 模拟用户(使用类的人) int main( void ) { A a, b; a.foo(); // foo(&a); b.foo(); // foo(&b); A::bar(); // 受到类作用域的约束 也受到访问控制限定符的约束-->属于类 a.bar(); // A::bar(); b.bar(); // A::bar(); return 0; }

4.3  总结

                                                

        事实上，类的静态成员变量和静态成员函数，更像是普通的全局变量和全局函数，

        只是多了一层类作用域和访问控制限定符的约束，

        相当于  具有成员访问属性的全局变量和全局函数。

5  类  扩充

        空类对象的大小是1个字节。

        类中不能包含  本类对象  作为  普通成员变量；

        类中可以包含  本类对象  作为  静态成员变量。

// class_add #include <iostream> using namespace std; /* class A { // 空类 }; int main( void ) { A a; // 空类对象占1个字节内存(1个字节的垃圾数据) A& ra = a; cout << "空类对象a的大小: " << sizeof(a) << endl; return 0; } */ class A { public: int m_i; // A m_a; // error static A m_sa; // ok }; int main( void ) { A a; // 定义a(给a分配内存空间) cout << "对象a的大小: " << sizeof(a) << endl; return 0; }

6  单例模式

        要求：设计一个类，要求用户在使用这个类时仅有一个实例（只能出现一个对象）:

        class  Singleton {

                // 设计这个类

        };

        int  main(void) {

                // 用户这里只能出现一个Singleton类对象，不能出现第二个

                return  0;

        }

        

        实现方法：

        1）将  包括类的拷贝构造函数在内的所有构造函数 私有化，防止user在类的外部创建对象。

        2）唯一的对象由类的设计者来创建

        3）提供公有静态成员函数getInstance()使用户可以获取到唯一对象。

        单例分类：

        1）饿汉式：无论用不用，程序启动即创建  hungry.cpp （不推荐）

        2）懒汉式：用的时候创建，不用了即销毁  lazy.cpp  （推荐）

// hungry_singleton.cpp // 单例模式--要求设计一个类型，用户在使用这个类时只能出现一个对象 #include <iostream> using namespace std; // 饿汉式单例 class Singleton { public://4 //5 static Singleton& getInstance( ) { return s_instance; } private: Singleton( ) {} // 1 Singleton( const Singleton& that ) {} // 6 static Singleton s_instance; // 2 唯一对象 }; Singleton Singleton::s_instance; // 3 // 以上代码模拟类的设计者 // ----------------------- // 以下代码模拟类的使用者 int main( void ) { Singleton& s1 = Singleton::getInstance( ); Singleton& s2 = Singleton::getInstance( ); Singleton& s3 = Singleton::getInstance( ); cout << "&s1: " << &s1 << ", &s2: " << &s2 << ", &s3: " << &s3 << endl; return 0; }

// lazy_singleton.cpp // 单例模式:设计一个类，保证用户在使用这个类时，只能出现一个对象 #include <iostream> using namespace std; // 懒汉式单例:单例高级实现手法 class Singleton { public: static Singleton& getInstance( ) { if( s_instance==NULL ) { s_instance = new Singleton; // 唯一的对象 cout << "创建了唯一的对象" << endl; } ++s_counter; return *s_instance; } void releaseInstance( ) { if( --s_counter == 0 ) { delete s_instance; s_instance = NULL; cout << "销毁了唯一的对象" << endl; } } private: Singleton() {} Singleton( const Singleton& that ) {} static Singleton* s_instance; // 并不是唯一对象,仅仅是一个指针而已 static int s_counter; // 计数功能 }; Singleton* Singleton::s_instance = NULL; // 程序刚刚时，唯一的对象不存在 int Singleton::s_counter = 0; // 以上的代码模拟类的设计者(例如:类库、被人设计的类、自己的设计的类) // ------------------------------------- // 以下的代码模拟用户(使用类的人) int main( void ) { Singleton& s1 = Singleton::getInstance(); // 第一次调用getInstance函数时,创建唯一的对象 Singleton& s2 = Singleton::getInstance(); // 以后再调用getInstance函数时,返回第一次调用时创建的对象 Singleton& s3 = Singleton::getInstance(); // ... cout << "&s1: " << &s1 << ", &s2: " << &s2 << ", &s3: " << &s3 << endl; s1.releaseInstance( ); // s2.releaseInstance( ); // s3.releaseInstance( ); // 最后一次调用releaseInstance才将对象销毁 return 0; }