C++_构造函数与析构函数
构造函数与析构函数
oop第二课
- 1 构造函数
- 1.1 构造函数具有一些特殊的性质
- 1.2 定义构造函数的一般形式
- 1.3 利用构造函数创建对象
- 2 成员初始化表
- 3 缺省参数的构造函数
- 4 重载构造函数
- 5 拷贝构造函数
- 5.1 自定义拷贝构造函数
- 5.2 缺省的拷贝构造函数
- 5.3 调用拷贝构造函数的三种情况
- 5.4 浅拷贝和深拷贝
- 6 析构函数
- 7 调用构造函数和析构函数的顺序
- 8 对象的生存期
构造函数和析构函数都是类的成员函数,但它们都是特殊的成员函数,执行特殊的功能,不用调用便自动执行,而且这些函数的名字与类的名字有关。
c++语言中有一些成员函数性质是特殊的,这些成员函数负责对象的建立、删除。这些函数的特殊性在于可以由编译器自动地隐含调用,其中一些函数调用格式采用运算符函数重载的语法。
c++引进一个自动完成对象初始化过程的机制,这就是类的构造函数。
对象的初始化
- 数据成员是不能在声明类时初始化
- 类型对象的初始化方法:
1) 调用对外接口(public成员函数)实现:声明类→定义对象→调用接口给成员赋值
2) 应用构造函数(constructor) 实现:声明类→定义对象→同时给成员赋值
1. 构造函数
构造函数是一种特殊的成员函数,它主要用于为对象分配空间,进行初始化。
1.1 构造函数具有一些特殊的性质:
- (1) 构造函数的名字必须与类名相同。
- (2) 构造函数可以有任意类型的参数,但不能指定返回类型。 它有隐含的返回值,该值由系统内部使用。
- (3) 构造函数是特殊的成员函数,函数体可写在类体内,也可写在类体外。
- (4) 构造函数可以重载,即一个类中可以定义多个参数个数或参数类型不同的构造函数。构造函数是不能继承
- (5) 构造函数被声明为公有函数,但它不能像其他成员函数那样被显式地调用,它是在定义对象的同时被调用的。
- (6) 在声明类时如果没有定义类的构造函数,编译系统就会在编译时自动生成一个默认形式的构造函数,
- (7) 默认构造函数是构造对象时不提供参数的构造函数。
- (8) 除了无参数构造函数是默认构造函数外,带有全部默认参数值的构造函数也是默认构造函数。
- (9) 自动调用:构造函数在定义类对象时自动调用, 不需用户调用,也不能被用户调用。在对象使用前调用。
- (10) 调用顺序:在对象进入其作用域时(对象使用前) 调用构造函数。
1.2 定义构造函数的一般形式
class 类名 { public: 类名(形参表) ; //构造函数的原型 //类的其它成员 }; 类名::类名(形参表) //构造函数的实现 { //函数体 }
1.3 利用构造函数创建对象
- (1) 利用构造函数直接创建对象.其一般形式为:类名 对象名[(实参表)];
这里的“类名”与构造函数名相同,“实参表”是为构造函数提供的实际参数。
例2.7 为类date建立一个构造函数
#include <iostream.h> class date { public: date(int y,int m,int d); // 构造函数 void setdate(int y,int m,int d); void showdate(); private: int year, month, day; }; date::date(int y,int m,int d) // 构造函数的实现 { year=y; month=m; day=d; } void date::setdate(int y,int m,int d) { year=y; month=m; day=d; } inline void date::showdate() { cout<<year<<"."<<month<<"."<<day<<endl; }
例2.8 利用构造函数直接创建对象
#include <iostream.h> class date { // 省略, 同例2.7 }; // 省略, 同例2.7 void main() { date date1(1998,4,28); // 定义类date的对象date1, // 自动调用date1的构造函数,初始化对象date1 cout<<"date1 output1:"<<endl; date1.showdate(); // 调用date1的showdate(),显示date1的数据 date1.setdate(2002,11,14); // 调用date1的setdate(), // 重新设置date1的数据 cout<<"date1 output2:"<<endl; date1.showdate(); // 调用date1的showdate(),显示date1的数据 }
constructing... date1 output1: 1998.4.28 date1 output2: 2002.11.14
- (2) 利用构造函数创建对象时,通过指针和new来实现。其一般语法形式为:
类名 *指针变量 = new 类名[(实参表)];
void main() { date *date1; date1=new date(1998,4,28); //可合写成:date *date1=new date(1998,4,28); cout<<"date1 output1:"<<endl; date1->showdate(); date1->setdate(2002,11,14); cout<<"date1 output2:"<<endl; date1->showdate(); delete date1; }
说明:
- 构造函数的名字必须与类名相同,否则编译器将把它当作一般的成员函数来处理。
- 构造函数是不能说明它的返回值类型的,甚至说明为void类型也不行。
- 构造函数可以是不带参数的。
class a{ public: a(); //… private: int x; }; a∷a() { cout<<"initialized \n"; x=50; } main() { a a; … }
例
有两个长方柱,其长、宽、高分别为:(1)12,25,30;(2)15,30,21。求它们的体积。要求:编一个基于对象的程序,在类中用带参数的构造函数。
class box{ public: box(int,int,int); int volume( ); private: int height; int width; int length; }; box::box(int h,int w,int len) { height = h; width = w; length = len; } int box::volume( ) { return height*width*length; } int main( ) { box box1(12,25,30); cout << box1.volume( ) << endl; box box2(15,30,21); cout << box2.volume( ) << endl; return 0; }
2. 成员初始化表
对于常量类型和引用类型的数据成员,不能在构造函数中用赋值语句直接赋值,c++提供初始化表进行置初值。
带有成员初始化表的构造函数的一般形式如下:
类名::构造函数名([参数表])[:(成员初始化表)]
{
// 构造函数体
}
成员初始化表的一般形式为:
数据成员名1(初始值1),数据成员名2(初始值2),……
例2.9 成员初始化表的使用
#include<iostream.h> class a{ public: a(int x1):x(x1),rx(x),pi(3.14) // rx(x)相当于rx=x, pi(3.14)相当于pi=3.14 { } void print() {cout<<"x="<<x<<" "<<"rx="<<rx<<" "<<"pi="<<pi;} private: int x; int& rx; const float pi; }; main() { a a(10); a.print(); return 0; }
- 构造函数采用成员初始化表对数据成员进行初始化,是一些程序员喜欢使用的方法。
class b{ int i; char j; float f; public: b(int i, char j, float f) { i=i; j=j; f=f; }; };
class b{ public: b(int i,char j,float f):i(i),j(j),f(f) { } private: int i; char j; float f; };
说明
如果需要将数据成员存放在堆中或数组中,则应在构造函数中使用赋值语句,即使构造函数有成员初始化表也应如此。
class c{ public: c(int i,char ch,float f,char n[]):i(i),ch(ch),f(f) { strcpy (name,n);} private: int i; char ch; float f; char name[25]; };
- 类成员是按照它们在类里被声明的顺序初始化的,与它们在初始化表中列出的顺序无关。
【例2.10】
#include<iostream.h> class d { public: d(int i):mem2(i),mem1(mem2+1) { cout<<"mem1: "<<mem1<<endl; cout<<"mem2: "<<mem2<<endl; } private: int mem1; int mem2; }; void main() { d d(15); }
mem1: -858993459 mem2: 15
3. 缺省参数的构造函数
例2.11
#include<iostream.h> class coord { public: coord(int a=0,int b=0){ x=a; y=b;} // 带有缺省参数的构造函数 int getx(){ return x; } int gety(){ return y; } private: int x,y; }; void main() { coord op1(5,6); coord op2(5); coord op3; int i,j; i=op1.getx();j=op1.gety(); cout<<"op1 i= "<<i<<" op1 j= "<<j<<endl; i=op2.getx();j=op2.gety(); cout<<"op2 i= "<<i<<" op2 j= "<<j<<endl; i=op3.getx();j=op3.gety(); cout<<"op3 i= "<<i<<" op3 j= "<<j<<endl; }
class box{ public: box(int h=10,int w=10,int l=10); //在声明构造函数时指定默认参数 int volume( ){ return(height*width*length); } private: int height; int width; int length; }; box:: box(int h,int w,int l) //在定义函数时可以不指定默认参数 { height=h; width=w; length=l; }
4. 重载构造函数
构造函数的重载
在一个类中可以定义多个构造函数,以便对类对象提供不同的初始化的方法,供用户选用。这些构造函数具有相同的名字,而参数的个数或参数的类
型不相同(这称为构造函数的重载)
关于构造函数重载的说明
- (1) 默认构造函数:一个调用构造函数时不必给出实参的构造函数。 显然,无参的构造函数属于默认构造函数。一个类只能有一个默认构造函数。
- (2) 尽管在一个类中可以包含多个构造函数,但是对于每一个对象来说,建立对象时只执行其中一个构造函数,并非每个构造函数都被执行。
class box{ public: box(int h, int w, int l): height(h),width(w),length(l) { } box(); int volume( ); private: int height; int width; int length; }; box::box() { height = 10; width = 10; lenght = 10; } int box::volume( ) { return height*width*length; } int main( ) { box box1; // 书上为 box1(); cout << box1.volume( ) << endl; box box2(15,30,25); cout << box2.volume( ) << endl; return 0; }
例2.17 重载构造函数应用例程。
#include <iostream.h> class date{ public: date(); // 无参数的构造函数 date(int y,int m,int d); // 带有参数的构造函数 void showdate(); private: int year, month, day; }; date::date() { year=1998; month=4; day=28; } date::date( int y, int m, int d) { year=y; month=m; day=d; } inline void date::showdate() { cout<<year<<"."<<month<<"."<<day<<endl; } void main() { date date1; // 声明类date的对象date1, // 调用无参数的构造函数 cout<<"date1 output: "<<endl; date1.showdate(); // 调用date1的showdate(),显示date1的数据 date date2(2002, 11, 14); // 定义类date的对象date2, // 调用带参数的构造函数 cout<<"date2 output: "<<endl; date2.showdate(); // 调用date2的showdate(),显示date2的数据 }
运行结果:
date1 output: 1998.4.28 date2 output: 2002.11.14
例2.18 关于计时器的例子
#include<iostream.h> #include<stdlib.h> class timer{ public: timer() // 无参数构造函数,给seconds清0 { seconds=0; } timer(char* t) // 含一个数字串参数的构造函数 { seconds=atoi(t); } timer(int t) // 含一个整型参数的构造函数 { seconds=t; } timer(int min,int sec) // 含两个整型参数的构造函数 { seconds=min*60+sec; } int gettime() { return seconds; } private: int seconds; }; main() { timer a,b(10),c("20"),d(1,10); cout<<"seconds1="<<a.gettime()<<endl; cout<<"seconds2="<<b.gettime()<<endl; cout<<"seconds3="<<c.gettime()<<endl; cout<<"seconds4="<<d.gettime()<<endl; return 0; }
class x { public: x(); // 没有参数的构造函数 x(int i=0); // 带缺省参数的构造函数 }; //… void main() { x one(10); // 正确,调用x(int i=0) x two; // 存在二义性 //… }
5. 拷贝构造函数
拷贝构造函数是一种特殊的构造函数,其形参是本类对象的引用。其作用是使用一个已经存在的对象去初始化另一个同类的对象。
- 通过等于号复制对象时,系统会自动调用拷贝构造函数。
- 拷贝构造函数与原来的构造函数实现了函数的重载。
拷贝构造函数具有以下特点:
- (1) 因为该函数也是一种构造函数,所以其函数名与类名相同,并且该函数也没有返回值类型。
- (2) 该函数只有一个参数,并且是同类对象的引用。
- (3) 每个类都必须有一个拷贝构造函数。程序员可以根据需要定义特定的拷贝构造函数,以实现同类对象之间数据成员的传递。如果程序员没有定义类的拷贝构造函数,系统就会自动生成产生一个缺省的拷贝构造函数。
5.1 自定义拷贝构造函数
自定义拷贝构造函数的一般形式如下:
class 类名{ public : 类名(形参); //构造函数 类名(类名 &对象名); //拷贝构造函数 ... }; 类名:: 类名(类名 &对象名) //拷贝构造函数的实现 { 函数体 }
用户自定义拷贝构造函数
class coord{ int x,y; public: coord(int a, int b) // 构造函数 { x=a; y=b; cout<<"using normal constructor\n"; } coord(const coord& p) // 拷贝构造函数 { x=2*p.x; y=2*p.y; cout<<"using copy constructor\n"; } //… };
如果p1、 p2为类coord的两个对象,p1已经存在,则coord p2(p1)调用拷贝构造函数来初始化p2
例2.19 自定义拷贝构造函数的使用
#include<iostream.h> class coord { public: coord(int a,int b) // 构造函数 { x=a; y=b; cout<<"using normal constructor\n";} coord(const coord& p) // 拷贝构造函数 { x=2*p.x; y=2*p.y; cout<<"using copy constructor\n";} void print(){ cout<<x<<" "<<y<<endl; } private: int x,y; }; main() { coord p1(30,40); // 定义对象p1,调用了普通的构造函数 coord p2(p1); // 以“代入” 法调用拷贝构造函数,用对象p1初始化对象p2 p1.print(); p2.print(); return 0; }
除了用代入法调用拷贝构造函数外,还可以采用赋值法调用拷贝构造函数,如:
main() { coord p1(30,40); coord p2=p1; //以"赋值"法调用拷贝构造函数, 用对象p1初始化对象p2 //… }
5.2 缺省的拷贝构造函数
如果没有编写自定义的拷贝构造函数,c++会自动地将一个已存在的对象复制给新对象,这种按成员逐一复制的过程由是缺省拷贝构造函数自动完成的。
例2.20 调用缺省的拷贝构造函数
#include<iostream.h> class coord{ public: coord(int a,int b) { x=a; y=b; cout<<"using normal constructor\n"; } void print(){ cout<<x<<" "<<y<<endl;} private: int x,y; }; main() { coord p1(30,40); // 定义类coord的对象p1, // 调用了普通构造函数初始化对象p1 coord p2(p1); // 以“代入”法调用缺省的拷贝构造函数, // 用对象p1初始化对象p2 coord p3=p1; // 以“赋值”法调用缺省的拷贝构造函数, // 用对象p1初始化对象p3 p1.print(); p2.print(); p3.print(); return 0; }
5.3 调用拷贝构造函数的三种情况
- (1) 当用类的一个对象去初始化该类的另一个对象时。
coord p2(p1); // 用对象p1初始化对象p2, 拷贝构造函数被调用(代入法) coord p3=p1; // 用对象p1初始化对象p3, 拷贝构造函数被调用(赋值法)
- (2) 当函数的形参是类的对象,调用函数,进行形参和实参结合时。
//… fun1(coord p) // 函数的形参是类的对象 { p.print(); } main() { coord p1(10,20); fun1(p1); // 当调用函数,进行形参和实参结合时, 调用拷贝构造函数 return 0; }
- (3) 当函数的返回值是对象,函数执行完成,返回调用者时。
// … coord fun2() { coord p1(10,30); return p1; } // 函数的返回值是对象 main() { coord p2; p2=fun2(); // 函数执行完成,返回调用者时,调用拷贝构造函数 return 0; }
5.4 浅拷贝和深拷贝
所谓浅拷贝,就是由缺省的拷贝构造函数所实现的数据成员逐一赋值,若类中含有指针类型数据, 则会产生错误。
为了解决浅拷贝出现的错误,必须显示地定义一个自己的拷贝构造函数,使之不但拷贝数据成员,而且为对象1和对象2分配各自的内存空间,这就是所谓的深拷贝。
例2.23 浅拷贝例子
#include<iostream.h> #include<string.h> class student { public: student(char *name1,float score1); ~student(); private: char *name; // 学生姓名 float score; // 学生成绩 }; student∷student(char *name1,float score1) { cout<<"constructing..."<<name1<<endl; name=new char[strlen(name1)+1]; if (name !=0) { strcpy(name,name1); score=score1; } } student∷~student() { cout<<"destructing..."<<name<<endl; name[0]='\0'; delete name; } void main() { student stu1("liming",90); // 定义类student的对象stu1 student stu2=stu1; // 调用缺省的拷贝构造函数 }
constructing... liming destructing... liming destructing...
浅拷贝示意图
例2.24 深拷贝例子
#include<iostream.h> #include<string.h> class student { private: char *name; // 学生姓名 float score; // 学生成绩 public: student(char *name1,float score1); student(student& stu); ~student(); }; student∷student(char *name1,float score1) { cout<<"constructing..."<<name1<<endl; name=new char[strlen(name1)+1]; if (name !=0) { strcpy(name,name1); score=score1; } } student∷student(student& stu) { cout<<"copy constructing..."<<stu.name<<endl; name=new char[strlen(stu.name)+1]; if (name !=0) { strcpy(name,stu.name); score=stu.score; } } student∷~student() { cout<<"destructing..."<<name<<endl; name[0]='\0'; delete name; } void main() { student stu1("liming", 90); // 定义类student的对象stu1, student stu2=stu1; // 调用自定义的拷贝构造函数 }
constructing…liming copy constructing…liming destructing…liming destructing…liming
深拷贝示意图
6. 析构函数
析构函数也是一种特殊的成员函数。它执行与构造函数相反的操作,通常用于撤消对象时的一些清理任务,如释放分配给对象的内存空间等。
析构函数有以下一些特点:
- ① 析构函数与构造函数名字相同,但它前面必须加一个波浪号(~);
- ② 析构函数没有参数,也没有返回值,而且不能重载。因此在一个类中只能有一个析构函数;
- ③ 当撤消对象时,编译系统会自动地调用析构函数。 如果程序员没有定义析构函数,系统将自动生成和调用一个默认析构函数,默认析构函数只能释放对象的数据成员所占用的空间,但不包括堆内存空间。
例2.25 重新说明类date
#include <iostream.h> class date{ public: date(int y,int m,int d); // 构造函数 ~date(); // 析构函数 void setdate(int y,int m,int d); void showdate(); private: int year, month, day; }; date::date(int y,int m,int d) // 构造函数的实现 { cout<<"constructing..."<<endl; year=y;month=m; day=d; } date::~date() // 析构函数的实现 { cout<<"destruting..."<<endl; } void date::setdate(int y,int m,int d) { year=y;month=m;day=d; } inline void date::showdate() { cout<<year<<"."<<month<<"."<<day<<endl; } void main() { date date1(1998,4,28); // 定义类date的对象date1, // 调用date1的构造函数,初始化对象date1 cout<<"date1 output1:"<<endl; date1.showdate(); // 调用date1的showdate(),显示date1的数据 date1.setdate(2002,11,14); // 调用date1的setdate(), // 重新设置date1的数据 cout<<"date1 output2:"<<endl; date1.showdate(); // 调用date1的showdate(),显示date1的数据 }
析构函数被调用的两种情况
1) 若一个对象被定义在一个函数体内,当这个函数结束时,析构函数被自动调用。
2) 若一个对象是使用new运算符动态创建,在使用delete释放时,自动调用析构函数。
【例2.13】 较完整的学生类例子
#include<iostream.h> #include<string.h> class student { public: student(char *name1,char *stu_no1,float score1); // 构造 函数 ~student(); // 析构函数 void modify(float score1); // 修改数据 void show(); // 显示数据 private: char *name; // 学生姓名 char *stu_no; // 学生学号 float score; // 学生成绩 }; student∷student(char *name1,char *stu_no1,float score1) { name=new char[strlen(name1)+1]; strcpy(name,name1); stu_no=new char[strlen(stu_no1)+1]; strcpy(stu_no,stu_no1); score=score1; } student∷~student() { delete []name; delete []stu_no; } void student∷modify(float score1) { score=score1; } void student∷show() { cout<<"\n name: "<<name; cout<<"\n stu_no: "<<stu_no; cout<<"\n score: "<<score; } void main() { student stu1("liming","990201",90); // 定义类student的对象stu1, // 调用stu1的构造函数,初始化对象stu1 stu1.show(); // 调用stu1的show(),显示stu1的数据 stu1.modify(88); // 调用stu1的modify(),修改stu1的数据 stu1.show(); // 调用stu1的show(),显示stu1修改后的数据 }
name:liming stu_no:990201 score:90 name:liming stu_no:990201 score:88
缺省的析构函数
每个类必须有一个析构函数。
若没有显式地为一个类定义析构函数,编译系统会自动地生成一个缺省的析构函数
其格式如下:类名::析构函数名( ){ }
class string_data { public: string_data(char *) { str=new char[max_len];} ~string_data() { delete []str;} void get_info(char *); void sent_info(char *); private: char *str; int max_len; };
7. 调用构造函数和析构函数的顺序
1) 一般顺序
调用析构函数的次序正好与调用构造函数的次序相反:最先被调用的构造函数,其对应的(同一对象中的)析构函数最后被调用,而最后被调用的构造函数,其对应的析构函数最先被调用。
2) 全局对象
在全局范围中定义的对象(即在所有函数之外定义的对象),它的构造函数在所有函数(包括main函数)执行之前调用。在程序的流程离开其作用域时(如main函数结束或调用exit函数)时,调用该全局对象的析构函数。
3) auto局部对象
局部自动对象(例如在函数中定义的对象),则在建立对象时调用其构造函数。如果函数被多次调用,则在每次建立对象时都要调用构造函数。在函数调用结束、对象释放时先调用析构函数。
4) static局部对象
如果在函数中定义静态局部对象,则只在程序第一次调用此函数建立对象时调用构造函数一次,在调用结束时对象并不释放,因此也不调用析构函数,只在main函数结束或调用exit函数结束程序时,才调用析构函数。
8. 对象的生存期
对象按生存期的不同分为如下几种:
(1) 局部对象
- 当对象被定义时,调用构造函数,该对象被创建;当程序退出该对象所在的函数体或程序块时,调用析构函数,对象被释放。
- 局部对象是被定义在一个函数体或程序块内的,它的作用域限定在函数体或程序块内,生存期较短。
(2) 全局对象
- 当程序开始运行时,调用构造函数,该对象被创建;当程序结束时,调用析构函数,该对象被释放。
- 静态对象是被定义在一个文件中,它的作用域从定义是起到文件结束时为止。生存期较长。
(3) 静态对象
- 当程序中定义静态对象时,调用构造函数,该对象被创建;当整个程序结束时,调用析构函数,对象被释放。
- 全局对象是被定义在某个文件中,它的作用域包含在该文件的整个程序中,生存期是最长的。
(4) 动态对象
- 执行new运算符调用构造函数,动态对象被创建;用delete释放对象时,调用析构函数。
- 动态对象是由程序员掌握的,它的作用域和生存期是由new和delete之间的间隔决定的。
类的应用举例(例)
一圆形游泳池如图所示,现在需在其周围建一圆形过道,并在其四周围上栅栏。栅栏价格为35元/米,过道造价为20元/平方米。过道宽度为3米,游泳池半径由键盘输入。要求编程计算并输出过道和栅栏的造价。
#include <iostream> using namespace std; const float pi = 3.14159; const float fenceprice = 35; const float concreteprice = 20; //声明类circle 及其数据和方法 class circle{ private: float radius; public: circle(float r); //构造函数 float circumference() const; //圆周长 /*函数后的修饰符const表示该成员函数的执行不会改变类的状态,也就是说不会修改类的数据成员。 */ float area() const; //圆面积 };// 类的实现 // 构造函数初始化数据成员radius circle::circle(float r) { radius=r; } // 计算圆的周长 float circle::circumference() const { return 2 * pi * radius; } // 计算圆的面积 float circle::area() const { return pi * radius * radius; } void main () { float radius; float fencecost, concretecost; // 提示用户输入半径 cout<<"enter the radius of the pool: "; cin>>radius; // 声明 circle 对象 circle pool(radius); circle poolrim(radius + 3); //计算栅栏造价并输出 fencecost=poolrim.circumference()*fenceprice; cout<<"fencing cost is ¥"<<fencecost<<endl; //计算过道造价并输出 concretecost=(poolrim.area()- pool.area())*concreteprice; cout<<"concrete cost is ¥"<<concretecost<<endl; }
运行结果
enter the radius of the pool: 10 fencing cost is ¥2858.85 concrete cost is ¥4335.39
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