课程内容

类型和变量

可理解为类和对象的别名

• 
• C++中只规定了类型的最小位数，所以有的编译器可以实现更多位数的
  • 
  • 参考cppreference——基础类型

类型

= 类型数据 + 类型操作

• 例如：int=4字节大小的数据 + 基本操作（+-*/%），可联想数据结构，int、double类型本质都是数据结构
• 类型数据+类型操作 ➡️成员属性+成员方法
  • 可理解为加强版的C语言struct（可以放属性，但不能放方法）

访问权限

先区分类内和类外的概念

访问权限在类内设置，它控制的是类外能不能访问类内

• public：公共
  • 类内和类外都可以访问它
• private：私有
  • 只有类内的方法可以访问它
• protected：受保护
  • 除了类内，继承的类内也可以访问它
• friendly：友元
  • 它修饰的函数可以访问类内的私有成员和受保护成员

构造函数和析构函数

对象的生命周期：构造→使用→析构

三种基本的构造函数

联想局部变量的初始化，对象也需要初始化

析构函数

销毁对象

原型：～People();

⚠️注意：

1、没有参数，也没有返回值

2、资源回收时使用

小结

都没有返回值，函数名与类名一致

• 在工程开发中，构造函数和析构函数的功能会设计得非常简单
  • ❓为什么不在构造函数中进行大量的资源申请？
  • 原因：构造函数的Bug，编译器较难察觉
  • 解决方式：伪构造函数、伪析构函数；工厂设计模式
• [+] 移动构造函数（另一个关键构造函数，后续学习）
  • 来自C++ 11标准——C++重新归回神坛的标准
  • 在此之前，STL的性能低下，因为C++的语言特性不好，它没有区分左值、右值概念，使得STL使用过程中发生的大量拷贝操作，尤其是深拷贝操作，会大大影响性能
  • 在此之后，有了右值的概念，引入了移动构造函数

返回值优化（RVO）

编译器默认开启了RVO

引入

对象a通过fun()返回值进行构造

输出结果：

• 理论上：应该输出1次transform和2次copy
  • 详见具体分析👇
• 实际上：没有输出copy，且a.x的值为对象temp中的x值，即局部变量temp的地址直接使用了对象a的地址（先开辟的对象a的数据区，见下）
  • temp更像是一个引用
  • 存在编译器优化，即返回值优化RVO🌟

具体分析

对象初始化过程：1、开辟对象数据区➡️2、匹配构造函数➡️3、完成构造

• 了解对象初始化过程后，再分析上面代码中的构造过程：
  • 
  • 首先，开辟对象a的数据区
  • 然后，进入func函数，开辟对象temp的数据区，通过「转换构造」初始化局部变量temp——A temp(69);
  • 再者，通过「拷贝构造」将temp拷贝给临时匿名对象，并销毁对象temp——return temp;
  • 最后，通过「拷贝构造」将临时匿名对象拷贝给a，销毁临时匿名对象——Aa= func();
  • 👉由此可见，过程包含1次转换构造、2次拷贝构造
• 编译器优化
  • 第1次优化，取消第1次「拷贝构造」，直接将temp拷贝给a（Windows下的优化）
  • 第2次优化，取消第2次「拷贝构造」，直接是temp指向a（Mac、Linux下的优化）

关闭RVO后

通过g++ -fno-elide-constructors编译源文件，即可关闭RVO

• 出现了两次额外的「拷贝构造」，具体分析见上

注意点

• 编译器本质上是通过替换this指针实现RVO的
• 因为编译器一般会对拷贝构造进行优化，所以在工程开发中，不要改变拷贝构造的语义
  • 即：拷贝构造中只做拷贝操作，而不要做其它操作
  • 如：拷贝构造中，对拷贝的属性加1，就不符合拷贝构造的语义，编译器把拷贝构造优化掉后，结果与优化前不一致

+ 赋值运算的优化

也存在RVO——优化了1次拷贝构造，即将局部变量拷贝给临时匿名对象

• 添加了红框部分代码
• 优化前结果：
  • 
  • 1次「转换构造」 + 1次「拷贝构造」
• 优化后结果：
  • 
  • 1次「拷贝构造」

+ 拷贝构造函数的调用分析

多种写法下，拷贝构造函数是如何调用的？

场景：类A中包含一个自定义类Data的对象d，红框为添加的代码

「主要关注第29行；关闭RVO编译，否则会跳过拷贝构造函数」

1. 自定义拷贝构造函数，并且对每个成员属性都进行了显式拷贝，即第29行不变

• 
• 在构造对象d时，会调用Data类的拷贝构造函数

2. 自定义拷贝构造函数，不对每个成员属性进行显式拷贝，即删去",d(a.d)"

• 
• 在构造对象d时，会调用Data类的默认构造函数（自定义时没显式拷贝，则匹配默认构造）

3. 不自定义拷贝构造函数，编译器自动为其添加默认的拷贝构造函数，即删去第29～31行

• 
• 在构造对象d时，会调用Data类的拷贝构造函数（编译器默认的）

结论：

❗️要想达到预期的结果，在自定义拷贝构造函数时，应该对每个成员属性进行显式拷贝

• 如果自定义的拷贝构造函数什么都不写，那该函数就什么都不会做

其它知识点

引用

引用就是其绑定对象的别名

• ❗️引用在定义的时候就需要初始化，即绑定对象，如：
  • People a;
  • 定义时就初始化：People &b = a;
  • 否则：People &b; b = c; 会发生歧义——绑定对象还是赋值？

类属性与方法

加有static关键字
区别于成员属性（每一个对象特有的）、成员方法（this指针指向当前对象）

• 类属性：该类所有对象统一的属性
  • 全局唯一、共享
  • 例如：全人类的数量——人类中所有对象的数量
• 类方法：不单独属于某个对象的方法
  • 不和对象绑定，无法访问this指针
  • 例如：测试某个高度是否为合法身高

const方法

不改变对象的成员属性，不可调用非const成员函数

• 提供给const对象使用（其任何属性都不能被改变）

⚠️：

mutable：可变的，其修饰的变量在const方法中可变

default和delete

默认函数的控制，C++ 11

• default：显式地使用编译器默认提供的规则
  • 仅适用于类的特殊成员函数（默认构造函数、析构函数、拷贝构造函数、拷贝赋值运算符），且该特殊成员函数没有默认参数
  • ❗️该特性没有功能上的意义，这是C++的设计哲学：关注可读性、可维护性等
    • 理解这种理念，可以提高自己在C++上的审美标准
• delete：显式地禁用某个函数

struct和class

• struct
  • 默认访问权限：public（黑名单机制，需要显式定义private成员）
  • 也是用来定义类的，有成员属性和成员方法，要与C中区分开来
• class
  • 默认访问权限：private（白名单机制：需要显式定义public成员）

❓：C++为什么要保留struct关键字？默认权限为什么是public？

• 都是为了兼容C语言，可以减小推广难度

PS：前端语言JavaScript为了减小推广难度，从名称蹭Java的热度，本质与Java无关

代码演示

类的示例

• 类中属性和方法的声明和定义，建议分开
• this指针只在成员方法中使用，它指向当前对象的地址

简单实现cout

• cout是一个对象，是一个高级变量
  • 返回其自身引用可以实现连续cout，使用引用的原因后续理解
  • 字符串需要使用const类型变量接收，否则会警告，因为是字符串是字面量
• 命名空间的精髓：相同的对象名可以存在不同的命名空间中

构造函数和析构函数

运行结果：

1）析构顺序的探讨

• 
• 构造顺序：对象a，对象b
• 析构顺序：对象b，对象a
• ❓为什么析构函数的调用顺序是反过来的？是因为编译器产生的特例，还是一个正常的语言特性？👉语言特性
  • 对象b的构造可能依赖对象a的信息➡️在析构的时候对象b也可能会用到对象a的信息➡️对象b要先于对象a析构
  • ❗️谁先构造，它就后析构
  • PS
    • 这与对象放在堆空间还是栈空间无关，实验表明，析构顺序都是反过来的
    • 可以认为是一种拓扑序

2）转换构造函数

• ❓为什么叫做转换构造函数（单一参数的构造函数）
  • 将一个变量转化成了该类型的对象
• 🌟a=123 涉及运算符重载：隐式类型转换➡️赋值➡️析构，详解见代码

3）拷贝构造函数

1、加引用：防止无限调用拷贝构造

• ❗️如果拷贝构造函数为：A(A a) {}，则A b = a;时，
• 因为[形参a]不是引用（值传递），所以需要先将[对象a]拷贝到[形参a]中生成临时对象
• 此时，又会发生拷贝构造，而这个拷贝构造同样会经历上述过程
• 从而无限递归
• PS：引用不产生任何拷贝行为，比指针更方便

2、加const：防止const类型对象使用非const类型的拷贝构造，报错

• 也防止被拷贝的对象被修改

注：

• 在定义对象时，"="调用的是拷贝构造函数，而不是赋值运算，例如，A b = a

4）思考

• 对象是什么时候完成了构造？
  • 「参考代码，以默认构造函数为例」
  • 功能上的构造 [逻辑上]：到第46行，构造函数表面上执行完成了
  • 编译器的构造[实际上]：到第39行，就已经可以调用对象成员了❗️🌟
• 通过思考部分的代码可以理解：
  • 场景：在类Data中添加有参构造函数，使编译器帮其添加的默认构造函数被删除
  • 过程：在生成类A对象时，成员属性Data类对象p、q需要已经完成构造，而此时Data类的默认构造已经被删除了
  • 结果
    • 如果不使用初始化列表初始化p、q，则报错
    • 如果使用初始化列表，则可行，初始化列表属于编译器所谓的构造
  • ❗️这说明编译器的构造是在函数声明后（第39行）就完成了
• ⚠️：
  • 编译器会默认添加默认构造函数和拷贝构造函数
  • 构造行为都应该放在编译器所谓的构造里，如使用初始化列表

+）左值引用

• 后续学习

+）友元函数

• 在类内声明（同时保证是类的管理者批准的）
• 在类外实现，本质是类外的函数，但可以访问类内的私有成员属性

深拷贝、浅拷贝

拷贝对象：数组

• 编译器默认添加的拷贝构造为浅拷贝
  • 对于指针，只拷贝地址，所以对拷贝后的对象的修改，会修改原对象
• 自定义深拷贝版的拷贝构造函数
  • 对于指针，拷贝其指向地址的值
  • PS：构造函数只有在初始化时才被调用，不存在自己拷贝自己的行为

⚠️：

• 为了适配重载"<<"时的const参数，需要实现const版的"[]"重载
• Array类里的end和数组结尾数据没关系，他只是用来监控数组越界的情况

new、malloc差别分析

运行结果：

• malloc和new都可以申请空间，分别对应free和delete（如果是数组，则为delete[]）销毁空间
• new会自动调用构造函数，对应的delete会自动调用析构函数；而malloc和free都不会
• malloc +new可以实现原地构造，常用于深拷贝，其中，new还可以对应不同类的构造函数

类属性与方法、const、mutable

• 类属性：带static在类内声明，不带static在类外初始化
• 类方法：可以通过对象或类名两种方式调用它
  • 因此，对象调用的方法不一定是成员方法，还可能是类方法
• const：const对象只能调用const方法，const方法内只能调用const方法
• mutable：其修饰的变量可在const方法中改变

default、delete

功能需求：使某个类下的对象，不能被拷贝

• 禁用拷贝构造函数和赋值运算符
  • 拷贝构造函数：设置为=delete，或者，将其放在private权限中
  • 赋值运算符重载函数：同样设置为=delete（永远不能使用赋值运算），或者，将其放在private权限中（只有类内方法可以使用赋值运算）
  • PS：赋值运算符要同时考虑const版和非const版
• ❓要真正实现对象不能被拷贝，应该将拷贝构造函数和赋值运算符重载都设置为=delete，否则类内方法还是可以拷贝该对象

附加知识点

• 构造函数后的花括号
  • 加花括号，表示是一个函数实现
  • 不加花括号，则只是一个函数声明，还需要写一个专门的实现

思考点

• 要关注编译器默认做的很多事情，这是C++复杂的地方

Tips

• C++
  • 学习方法：按照编程范式分门别类地学习
  • 学习重点：程序的处理流程 [远比C复杂]