【C++】类与对象（中）

苏兮

发布于 2026-01-13 17:36:38

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类与对象（中）

✨前言：在上一篇文章【类与对象（上）】中，我们初步探索了C++中类与对象的基本概念，包括类的定义、对象的实例化、访问权限控制以及封装特性。本篇将继续深入探讨类的默认成员函数，这些函数在C++中扮演着至关重要的角色，它们决定了对象如何被创建、初始化、拷贝、赋值以及销毁。理解这些默认成员函数的行为和实现方式，是掌握C++面向对象编程的关键。 📖专栏：【C++成长之旅】

一、类的默认成员函数

默认成员函数就是用没有显式实现，编译器会自动生成的成员函数称为默认成员函数。⼀个类，我们不写的情况下编译器会默认生成以下6个默认成员函数，需要注意的是这6个中最重要的是前4个，最后两个取地址重载不重要，我们稍微了解⼀下即可。其次就是C++11以后还会增加两个默认成员函数，移动构造和移动赋值，这篇文章我们先不说这两个。

默认成员函数很重要，也比较复杂，我们要从两个方面去学习：

我们不写时，编译器默认生成的函数行为是什么，是否满足我们的需求。
编译器默认生成的函数不满足我们的需求，我们需要自己实现，那么如何自己实现？

二、构造函数

构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象(我们常使用的局部对象是栈帧创建时，空间就开好了)，而是对象实例化时初始化对象。构造函数的本质是要替代我们以前Stack和Date类中写的Init函数的功能，构造函数自动调用的特点就完美的替代的了Init。 构造函数的特点：

1. 函数名与类名相同。 2. 无返回值。(返回值啥都不需要给，也不需要写void，不要纠结，C++规定如此) 3. 对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。

class Date
{
public:
	//无参的构造函数
	Date()
	{
		_year = 2025;
		_mouth = 9;
		_day = 3;
	}

private:
	int _year;
	int _mouth;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	return 0;
}

4. 构造函数可以重载。

class Date
{
public:
	//无参的构造函数
	Date()
	{
		_year = 2025;
		_mouth = 9;
		_day = 3;
	}
	//带参构造函数
	Date(int year, int mouth, int day)
	{
		_year = year;
		_mouth = mouth;
		_day = day;
	}
	//注意：无参和全缺省不能同时出现，两者虽然构成函数重载，但是两者存在调用歧义
	
	//全缺省构造函数
	//Date(int year = 2025, int mouth = 9, int day = 3)
	//{
	//	_year = year;
	//	_mouth = mouth;
	//	_day = day;
	//}

private:
	int _year;
	int _mouth;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;

	Date d2(1, 1, 1);

	return 0;
}

5. 如果类中没有显式定义构造函数，则C++编译器会自动生成⼀个无参的默认构造函数，⼀旦用户显式定义编译器将不再生成。

	Date d1;

	Date d2(1, 1, 1);
	
	// 注意：如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不用跟括号，
	// 否则编译器无法区分这里是函数声明还是实例化对象 
	Date d3();

6. 无参构造函数、全缺省构造函数、我们不写构造时编译器默认生成的构造函数，都叫做默认构造函数。但是这三个函数有且只有⼀个存在，不能同时存在。无参构造函数和全缺省构造函数虽然构成函数重载，但是调用时会存在歧义。要注意很多人会认为默认构造函数是编译器默认生成那个叫默认构造，实际上无参构造函数、全缺省构造函数也是默认构造，总结⼀下就是不传实参就可以调用的构造就叫默认构造。 7. 我们不写，编译器默认生成的构造，对内置类型成员变量的初始化没有要求，也就是说是是否初始化是不确定的，看编译器。对于自定义类型成员变量，要求调用这个成员变量的默认构造函数初始化。如果这个成员变量，没有默认构造函数，那么就会报错，我们要初始化这个成员变量，需要用初始化列表才能解决，初始化列表，我们下篇博客再细细讲解。

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (_arr == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		_size = 0;
		_capacity = n;
	}
	//……

private:
	int* _arr;
	int _size;
	int _capacity;
};
// 两个Stack实现队列 
class MyQueue
{
public:
	//编译器默认生成MyQueue的构造函数调用了Stack的构造，完成了两个成员的初始化 
private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	Stack st;
	return 0;
}

在这里，我们再来重新理解一个概念：

C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语言提供的原生数据类型，如：int/char/double/指针等，自定义类型就是我们使用class/struct等关键字自己定义的类型。

三、析构函数

析构函数与构造函数功能相反，析构函数不是完成对对象本身的销毁，比如局部对象是存在栈帧的，函数结束栈帧销毁，他就释放了，不需要我们管，C++规定对象在销毁时会自动调用析构函数，完成对象中资源的清理释放工作。析构函数的功能类比我们之前Stack实现的Destroy功能，而像Date没有Destroy，其实就是没有资源需要释放，所以严格说Date是不需要析构函数的。 析构函数的特点：

**1. 析构函数名是在类名前加上字符~。

无参数无返回值。(这里跟构造类似，也不需要加void)
⼀个类只能有⼀个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
对象对命周期结束时，系统会自动调用析构函数。**

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (_arr == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		_size = 0;
		_capacity = n;
		cout << "Stack(int n = 4)" << endl;
	}
	//……
	~Stack()
	{
		free(_arr);
		_arr = NULL;
		_size = _capacity = 0;
		cout << "~Stack()" << endl;

	}
private:
	int* _arr;
	int _size;
	int _capacity;
};

int main()
{
	Stack st;
	return 0;
}

跟构造函数类似，我们不写编译器自动生成的析构函数对内置类型成员不做处理，自定类型成员会调用他的析构函数。
还需要注意的是我们显示写析构函数，对于自定义类型成员也会调用他的析构，也就是说自定义类型成员无论什么情况都会自动调用析构函数。
如果类中没有申请资源时，析构函数可以不写，直接使用编译器生成的默认析构函数，如Date；如果默认生成的析构就可以用，也就不需要显示写析构，如MyQueue；但是有资源申请时，⼀定要自己写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。
⼀个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。 因为都是在栈上定义的，后进先出嘛。

在这里，我们就要体会体会C++比C语言有了哪些改进，我们就以Stack来说，我们发现有了构造函数和析构函数确实方便了很多，不会再忘记调用Init和Destory函数了，也方便了不少。

四、拷贝构造函数

如果⼀个构造函数的第⼀个参数是自身类类型的引用，且任何额外的参数都有默认值，则此构造函数也叫做拷贝构造函数，也就是说拷贝构造是⼀个特殊的构造函数。 拷背构造的特点：

1. 拷贝构造函数是构造函数的⼀个重载。 2. 拷贝构造函数的第⼀个参数必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为语法逻辑上会引发无穷递归调用。拷贝构造函数也可以多个参数，但是第⼀个参数必须是类类型对象的引用，后面的参数必须有缺省值。对于第二点解释一下，使用传值方式编译器直接报错，因为C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，那我们使用传值传参的时候就是一种拷贝行为，这个时候，又要调用拷贝构造，然后依次循环，无穷递归……

C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这里自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造完成。

class Date
{
public:
	//全缺省构造函数
	Date(int year = 2025, int mouth = 9, int day = 3)
	{
		_year = year;
		_mouth = mouth;
		_day = day;
	}
	//拷贝构造
	Date(Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_mouth = d._mouth;
		_day = d._day;
	}


private:
	int _year;
	int _mouth;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(1, 1, 1);

	Date d2(d1);

	//也可以这样写
	//等同于Date d3(d1);
	Date d3 = d1;

	return 0;
}

4. 若未显式定义拷背构造，编译器会生成自动生成拷贝构造函数。自动生成的拷背构造对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的拷贝构造。

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (_arr == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		_size = 0;
		_capacity = n;
		cout << "Stack(int n = 4)" << endl;
	}
	//未显示实现拷贝构造函数
	//……

	~Stack()
	{
		free(_arr);
		_arr = NULL;
		_size = _capacity = 0;
		cout << "~Stack()" << endl;
	}
private:
	int* _arr;
	int _size;
	int _capacity;
};
int main()
{
	Stack st1;
	
	Stack st2 = st1;

	return 0;
}

显然，出问题了，由于我们并没有显示实现拷贝构造函数，自动生成的拷背构造对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝。调试信息：

图示：

为什么会这样呢？值拷贝 会把st1的在内存中的值直接拷贝给st2。所以导致st1和st2的_arr都指向同一块空间，在析构时会析构两次，程序崩溃。但是我们希望是这样的吗，st2与st1中的_arr指向同一块资源，肯定不是，那我们就需要自行完成拷贝构造函数，需要把st1中的_arr指向的资源也拷贝过去，即为深拷贝。

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (_arr == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		_size = 0;
		_capacity = n;
		cout << "Stack(int n = 4)" << endl;
	}
	//拷贝构造函数
	Stack(Stack& st)
	{
		_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		if (_arr == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}

		memcpy(_arr, st._arr, sizeof(int) * st._size);

		_size = st._size;
		_capacity = st._capacity;
		cout << "Stack(Stack& st)" << endl;
	}

	//……

	~Stack()
	{
		free(_arr);
		_arr = NULL;
		_size = _capacity = 0;
		cout << "~Stack()" << endl;

	}
private:
	int* _arr;
	int _size;
	int _capacity;
};

int main()
{
	Stack st1;

	Stack st2 = st1;

	return 0;
}

没问题。

5. 像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源，编译器自动生成的拷贝构造就可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显示实现拷贝构造。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，编译器自动生成的拷贝构造完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。像MyQueue这样的类型内部主要是自定义类型Stack成员，编译器自动生成的拷贝构造会调用Stack的拷贝构造，也不需要我们显示实现MyQueue的拷贝构造。这里还有⼀个小技巧，如果⼀个类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写拷贝构造，否则就不需要。

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (_arr == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		_size = 0;
		_capacity = n;
		cout << "Stack(int n = 4)" << endl;
	}
	//拷贝构造函数
	Stack(Stack& st)
	{
		_arr = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		if (_arr == NULL)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}

		memcpy(_arr, st._arr, sizeof(int) * st._size);

		_size = st._size;
		_capacity = st._capacity;
		cout << "Stack(Stack& st)" << endl;
	}

	//……

	~Stack()
	{
		free(_arr);
		_arr = NULL;
		_size = _capacity = 0;
		cout << "~Stack()" << endl;

	}
private:
	int* _arr;
	int _size;
	int _capacity;
};
// 两个Stack实现队列 
class MyQueue
{
public:
	//……
private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	MyQueue mq1;
	// MyQueue自动生成的拷贝构造，会自动调用Stack拷贝构造完成pushst/popst 
	// 的拷贝，只要Stack拷贝构造自己实现了深拷贝，他就没问题 
	MyQueue mq2 = mq1;
	return 0;
}

6. 传值返回会产生⼀个临时对象调用拷贝构造，传值引用返回，返回的是返回对象的别名(引用)，没有产生拷贝。但是如果返回对象是⼀个当前函数局部域的局部对象，函数结束就销毁了，那么使用引用返回是有问题的，这时的引用相当于⼀个野引用，类似⼀个野指针⼀样。传引用返回可以减少拷贝，但是⼀定要确保返回对象，在当前函数结束后还在，才能用引用返回。

Date& Func()
{
	Date d;
	cout << &d << endl;
	return d;
}
int main()
{
	Date d1 = Func();
	return 0;
}

五、赋值运算符重载

5.1 运算符重载

• 当运算符被用于类类型的对象时，C++语言允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。C++规定类类型对象使用运算符时，必须转换成调用对应运算符重载，若没有对应的运算符重载，则会编译报错。 • 运算符重载是具有特殊名字的函数，他的名字是由operator和后面要定义的运算符共同构成。和其他函数⼀样，它也具有其返回类型和参数列表以及函数体。

//<运算符重载，位于类外
bool operator<(const Date& d1, const Date& d2);

• 重载运算符函数的参数个数和该运算符作用的运算对象数量⼀样多。一元运算符有⼀个参数，二元运算符有两个参数，二元运算符的左侧运算对象传给第一个参数，右侧运算对象传给第二个参数。 • 如果⼀个重载运算符函数是成员函数，则它的第⼀个运算对象默认传给隐式的this指针，因此运算符重载作为成员函数时，参数比运算对象少⼀个。

class Date
{
public:
	Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 4)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	//<运算符重载，位于类内，写法还是有点问题，后面会说
	bool operator<(const Date& d2);
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

• 运算符重载以后，其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持⼀致。 • 不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符：比如operator@。 •.* :: sizeof ?: .注意以上5个运算符不能重载。 • 重载操作符至少有⼀个类类型参数，不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义，如： int operator+(int x, int y) • ⼀个类需要重载哪些运算符，是看哪些运算符重载后有意义，比如Date类重载operator-就有意义，但是重载operator+就没有意义。

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 4)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	//<运算符重载
	bool operator<(const Date& d2)
	{
		if (_year < d2._year)
			return true;
		else if (_year == d2._year)
		{
			if (_month < d2._month)
				return true;
			else if (_month == d2._month)
			{
				if (_day < d2._day)
					return true;
			}
		}
		return false;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2025, 9, 3);
	Date d2(2025, 9, 4);
	
	if (d1 < d2)//d1 < d2等同于d1.operator<(d2);
		cout << "d1 < d2" << endl;
	else
		cout << "d1 >= d2" << endl;

	return 0;
}

输出：

• 重载++运算符时，有前置++和后置++，运算符重载函数名都是operator++，无法很好的区分。C++规定，后置++重载时，增加⼀个int形参，跟前置++构成函数重载，方便区分。 • 重载<<和>>时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数，this指针默认抢占了第⼀个形参位置，第⼀个形参位置是左侧运算对象，调用时就变成了对象<<cout，不符合使用习惯和可读性。重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了，第二个形参位置当类类型对象。 拓展：

这里其实也很好的说明了我们以前cout<<1<<2<<3<<endl为什么会连续输出了。

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 4)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// << 运算符重载
	void operator<<(ostream& out)
	{
		out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2025, 9, 3);
	Date d2(2025, 9, 4);
	
	//两者等同
	d1.operator<<(cout);

	d2 << cout;

	return 0;
}

输出：

这样写原则上没问题，但是就感觉很怪，因为operator<<在类内部的缘故，所以有this的存在，且二元运算符的左侧运算对象传给第一个参数，右侧运算对象传给第二个参数，使得调用只能d2 << cout。既然在类内写很别扭，所以我们可以试着将operator<<定义在类外，但是在类外又无法访问private成员，处理方法有，但是我们这里就用一个友元函数，下篇文章会介绍友元函数，这里我们就只需要知道友元函数作为类外定义的函数可以访问类内的所有成员。

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
	//友元声明
	friend void operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:
	Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 4)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// << 运算符重载
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
}
int main()
{
	Date d1(2025, 9, 3);
	Date d2(2025, 9, 4);
	
	//两者等同
	operator<<(cout, d1);

	cout << d2;

	return 0;
}

输出没问题，这样就看着方便多了。

5.2 赋值运算符重载

赋值运算符重载是⼀个默认成员函数，用于完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值，这里要注意跟拷贝构造区分，拷贝构造用于⼀个对象拷贝初始化给另⼀个要创建的对象。赋值运算符重载的特点：

赋值运算符重载是⼀个运算符重载，规定必须重载为成员函数。赋值运算重载的参数建议写成const当前类类型引用，否则会传值传参会有拷贝。
有返回值，且建议写成当前类类型引用，引用返回可以提高效率，有返回值目的是为了支持连续赋值场景。
没有显式实现时，编译器会自动生成⼀个默认赋值运算符重载，默认赋值运算符重载行为跟默认拷贝构造函数类似，对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的赋值重载函数。
像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源，编译器自动生成的赋值运算符重载就可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显⽰实现赋值运算符重载。像Stack这样的类，虽然也都是内置类型，但是_a指向了资源，编译器自动生成的赋值运算符重载完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。像MyQueue这样的类型内部主要是自定义类型Stack成员，编译器自动生成的赋值运算符重载会调用Stack的赋值运算符重载，也不需要我们显示实现MyQueue的赋值运算符重载。这里还有⼀个小技巧，如果⼀个类显示实现了析构并释放资源，那么他就需要显示写赋值运算符重载，否则就不需要。

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:
	Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 4)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// = 运算符重载
	Date& operator=(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
		return *this;
	}
	
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// << 运算符重载
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
	return out;
}
int main()
{
	Date d1(2025, 9, 3);
	Date d2(2025, 9, 4);
	Date d3;
	//连续赋值
	d3 = d2 = d1;

	cout << d1 << d2 << d3;

	return 0;
}

输出：

六、取地址运算符重载

6.1 const成员函数

我们来解决一下前面未解决的问题：

对于<运算符重载，我们并不希望在成员函数中改变对象中的成员数据，对于d2，我们直接用const限定就行，那对于左操作数呢？它隐式的传给了this指针，那我们怎么对this指针进行const限定呢？C++规定不可以在函数参数显示的接受this指针，那我们就可以这样写：

		bool operator<(const Date& d2)const;

将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后面。 const实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。const 修饰Date类的operator<成员函数，operator<隐含的this指针由 Date* const this 变为 const Date* const this

6.2 取地址运算符重载

取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载，⼀般这两个函数编译器自动生成的就可以够我们用了，不需要去显示实现。除非⼀些很特殊的场景，比如我们不想让别人取到当前类对象的地址，就可以自己实现⼀份，胡乱返回⼀个地址。

class Date
{
public:
	Date* operator&()
	{
		return this;
		// return nullptr;
	}

	const Date* operator&()const
	{
		return this;
		// return nullptr;
	}
private:
	int _year; 
	int _month; 
	int _day; 
};

七、总结

掌握这些默认成员函数的特性和实现方式，能够帮助我们编写出更加安全、高效的C++代码。特别是对于有资源管理需求的类，正确实现拷贝构造和赋值运算符重载是避免内存泄漏和其他资源问题的关键。在下一篇文章中，我们将继续探讨类与对象的高级特性，包括const成员函数、静态成员、友元以及内部类等概念，进一步深化对C++面向对象编程的理解。

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