每种类型还定义了创建该类型的对象时会发生什么——构造函数定义了该类类型对象的初始化。类型还能控制复制、赋值或撤销该类型的对象时会发生什么——类通过特殊的成员函数:复制构造函数、赋值操作符和析构函数来控制这些行为。
复制构造函数是一种特殊构造函数,具有单个形参,该形参(常用 const 修饰)是对该类类型的引用。当定义一个新对象并用一个同类型的对象对它进行初始化时,将显式使用复制构造函数。当将该类型的对象传递给函数或函数返回该类型的对象时,将隐式使用复制构造函数。
析构函数是构造函数的互补:当对象超出作用域或动态分配的对象被删除时,将自动应用析构函数。析构函数可用于释放对象时构造或在对象的生命期中所获取的资源。
复制构造函数、赋值操作符和析构函数总称为复制控制。
有一种特别常见的情况需要类定义自己的复制控制成员的:类具有指针成员。
13.1. 复制构造函数
只有单个形参,而且该形参是对本类类型对象的引用(常用 const 修饰),这样的构造函数称为复制构造函数。
• 根据另一个同类型的对象显式或隐式初始化一个对象。
• 复制一个对象,将它作为实参传给一个函数。
• 从函数返回时复制一个对象。
• 初始化顺序容器中的元素。
• 根据元素初始化式列表初始化数组元素。
对象的定义形式
回忆一下,C++ 支持两种初始化形式(第 2.3.3 节):直接初始化和复制初始化。复制初始化使用 = 符号,而直接初始化将初始化式放在圆括号中。
当用于类类型对象时,初始化的复制形式和直接形式有所不同:直接初始化直接调用与实参匹配的构造函数,复制初始化总是调用复制构造函数。复制初始化首先使用指定构造函数创建一个临时对象(第 7.3.2 节),然后用复制构造函数将那个临时对象复制到正在创建的对象:
string null_book = "9-999-99999-9"; // copy-initialization string dots(10, ‘.‘); // direct-initialization string empty_copy = string(); // copy-initialization string empty_direct; // direct-initialization
通常直接初始化和复制初始化仅在低级别上存在差异。然而,对于不支持复制的类型,或者使用非 explicit 构造函数(第 12.4.4 节)的进修,它们有本质区
别:
ifstream file1("filename"); // ok: direct initialization ifstream file2 = "filename"; // error: copy constructor is private // This initialization is okay only if // the Sales_item(const string&) constructor is not explicit Sales_item item = string("9-999-99999-9");
形参与返回值
当形参为非引用类型(第 7.2.1 节)的时候,将复制实参的值。类似地,以非引用类型作返回值时,将返回 return 语句 中的值的副本
初始化容器元素
复制构造函数可用于初始化顺序容器中的元素。例如,可以用表示容量的单个形参来初始化容器(第 3.3.1 节)。容器的这种构造方式使用默认构造函数和复制构造函数:
// default string constructor and five string copy constructors invoked vector<string> svec(5);
编译器首先使用 string 默认构造函数创建一个临时值来初始化 svec,然后使用复制构造函数将临时值复制到 svec 的每个元素。
构造函数与数组元素
如果没有为类类型数组提供元素初始化式,则将用默认构造函数初始化每个元素。然而,如果使用常规的花括号括住的数组初始化列表(第 4.1.1 节)来提供显式元素初始化式,则使用复制初始化来初始化每个元素。根据指定值创建适当类型的元素,然后用复制构造函数将该值复制到相应元素:
Sales_item primer_eds[] = { string("0-201-16487-6"), string("0-201-54848-8"), string("0-201-82470-1"), Sales_item() };
13.1.1. 合成的复制构造函数
合成复制构造函数的行为是,执行逐个成员初始化,将新对象初始化为原对象的副本。
逐个成员初始化最简单的概念模型是,将合成复制构造函数看作这样一个构造函数:其中每个数据成员在构造函数初始化列表中进行初始化。
class Sales_item { // other members and constructors as before private: std::string isbn; int units_sold; double revenue; };
合成复制构造函数如下所示:
Sales_item::Sales_item(const Sales_item &orig): isbn(orig.isbn), // uses string copy constructor units_sold(orig.units_sold), // copies orig.units_sold revenue(orig.revenue) // copy orig.revenue { } // empty body
13.1.2. 定义自己的复制构造函数
复制构造函数就是接受单个类类型引用形参(通常用 const 修饰)的构造函数:
class Foo { public: Foo(); // default constructor Foo(const Foo&); // copy constructor // ... };
对许多类而言,合成复制构造函数只完成必要的工作。只包含类类型成员或内置类型(但不是指针类型)成员的类,无须显式地定义复制构造函数,也可以复制。
然而,有些类必须对复制对象时发生的事情加以控制。这样的类经常有一个数据成员是指针,或者有成员表示在构造函数中分配的其他资源。而另一些类在创建新对象时必须做一些特定工作。这两种情况下,都必须定义复制构造函数。
通常,定义复制构造函数最困难的部分在于认识到需要复制构造函数。只要能认识到需要复制构造函数,定义构造函数一般非常简单。复制构造函数的定义与其他构造函数一样:它与类同名,没有返回值,可以(而且应该)使用构造函数初始化列表初始化新创建对象的成员,可以在函数体中做任何其他必要工作。
13.1.3. 禁止复制
有些类需要完全禁止复制。例如,iostream 类就不允许复制(第 8.1 节)。如果想要禁止复制,似乎可以省略复制构造函数,然而,如果不定义复制构造函数,编译器将合成一个。
为了防止复制,类必须显式声明其复制构造函数为 private。
如果复制构造函数是私有的,将不允许用户代码复制该类类型的对象,编译器将拒绝任何进行复制的尝试。
然而,类的友元和成员仍可以进行复制。如果想要连友元和成员中的复制也禁止,就可以声明一个(private)复制构造函数但不对其定义。
声明而不定义成员函数是合法的,但是,使用未定义成员的任何尝试将导致链接失败。通过声明(但不定义)private 复制构造函数,可以禁止任何复制类类型对象的尝试:用户代码中复制尝试将在编译时标记为错误,而成员函数和友元中的复制尝试将在链接时导致错误。
13.2. 赋值操作符
与类要控制初始化对象的方式一样,类也定义了该类型对象赋值时会发生什么:
Sales_item trans, accum; trans = accum;
与复制构造函数一样,如果类没有定义自己的赋值操作符,则编译器会合成一个。
介绍重载赋值
在介绍合成赋值操作符之前,需要简单了解一下重载操作符
重载操作符是一些函数,其名字为 operator 后跟着所定义的操作符的符号。因此,通过定义名为 operator= 的函数,我们可以对赋值进行定义。像任何其他函数一样,操作符函数有一个返回值和一个形参表。形参表必须具有与该操作符数目相同的形参(如果操作符是一个类成员,则包括隐式 this 形参)。赋值是二元运算,所以该操作符函数有两个形参:第一个形参对应着左操作数,第二个形参对应右操作数。
当操作符为成员函数时,它的第一个操作数隐式绑定到 this 指针。有些操作符(包括赋值操作符)必须是定义自己的类的成员。因为赋值必须是类的成员,所以 this 绑定到指向左操作数的指针。因此,赋值操作符接受单个形参,且该形参是同一类类型的对象。右操作数一般作为 const 引用传递。
赋值操作符的返回类型应该与内置类型赋值运算返回的类型相同(第 5.4.1节)。内置类型的赋值运算返回对右操作数的引用,因此,赋值操作符也返回对同一类类型的引用。
合成赋值操作符
合成赋值操作符与合成复制构造函数的操作类似。它会执行逐个成员赋值:右操作数对象的每个成员赋值给左操作数对象的对应成员。除数组之外,每个成员用所属类型的常规方式进行赋值。对于数组,给每个数组元素赋值。
// equivalent to the synthesized assignment operator Sales_item& Sales_item::operator=(const Sales_item &rhs) { isbn = rhs.isbn; // calls string::operator= units_sold = rhs.units_sold; // uses built-in int assignment revenue = rhs.revenue; // uses built-in double assignment return *this; }
复制和赋值常一起使用
一般而言,如果类需要复制构造函数,它也会需要赋值操作符。
实际上,就将这两个操作符看作一个单元。如果需要其中一个,我们几乎也肯定需要另一个。
13.3. 析构函数
构造函数的一个用途是自动获取资源。例如,构造函数可以分配一个缓冲区或打开一个文件,在构造函数中分配了资源之后,需要一个对应操作自动回收或释放资源。
何时调用析构函数
撤销类对象时会自动调用析构函数:
// p points to default constructed object Sales_item *p = new Sales_item; { // new scope Sales_item item(*p); // copy constructor copies *p into item delete p; // destructor called on object pointed to by p } // exit local scope; destructor called on item
何时编写显式析构函数
许多类不需要显式析构函数,尤其是具有构造函数的类不一定需要定义自己的析构函数。仅在有些工作需要析构函数完成时,才需要析构函数。析构函数通常用于释放在构造函数或在对象生命期内获取的资源。
如果类需要析构函数,则它也需要赋值操作符和复制构造函数,这是一个有用的经验法则。这个规则常称为三法则,指的是如果需要析构函数,则需要所有这三个复制控制成员。
合成析构函数
合成析构函数按对象创建时的逆序撤销每个非 static 成员,因此,它按成员在类中声明次序的逆序撤销成员。对于类类型的每个成员,合成析构函数调用该成员的析构函数来撤销对象。
如何编写析构函数
析构函数是个成员函数,它的名字是在类名字之前加上一个代字号(~),它没有返回值,没有形参。因为不能指定任何形参,所以不能重载析构函数。虽然可以为一个类定义多个构造函数,但只能提供一个析构函数,应用于类的所有对象。
析构函数与复制构造函数或赋值操作符之间的一个重要区别是,即使我们编写了自己的析构函数,合成析构函数仍然运行。
class Sales_item { public: // empty; no work to do other than destroying the members, // which happens automatically ~Sales_item() { } // other members as before };
撤销 Sales_item 类型的对象时,将运行这个什么也不做的析构函数,它执行完毕后,将运行合成析构函数以撤销类的成员。合成析构函数调用 string 析构函数来撤销 string 成员,string 析构函数释放了保存 isbn 的内存。