C++基础知识(三)


一、this指针

类的成员变量单独存储在每个类对象中,成员函数存储在代码段中,所有的类对象共享一份成员函数。

成员函数是如何区别调用它的是哪个类对象的?
答:借助了this指针,类的每个成员函数都有一个隐藏的参数this指针,它指向类对象。
类的构造函数中也同样有this指针,指向的就是正在构造的这个对象。

在类中(成员、构造、析构函数)对成员变量、成员函数的访问都是借助了this指针。

this指针是隐藏的,但也可以显示使用:
    1、参数与成员一样时,使用this可以区别出成员与参数名。
    2、在成员函数中如果想返回当前对象的指针、引用等,可以使用this指针实现。
    3、将this指针作为函数的参数,从一个对象传递给另一个其它类对象,可以实现对象间的交互。
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;

class User
{
    char name[20];
    char pass[7];
public:
    User(const char* name,const char* pass)
    {
        strcpy(this->name,name);
        strcpy(this->pass,pass);
        //show();
    }

    User& func(void)
    {
        return *this;
    }

    void show(void)//隐藏this指针
    {
        cout<< name << " "<< pass <<endl;
    }
    User* this = const this;
};

int main()
{
    User u1("aaa","123");
    User u2("bbb","321");
    User& u3 = u1.func();
    u1.show();
    u2.show();
    u3.show();
}

二、常函数

在函数的参数列表与函数体之间有const修饰的函数,这个const其实就是在修饰this指针。
不能在常函数内修改成员变量的值,普通成员函数可以调用常函数,而常函数只能调用常函数。

如果在常函数中真的需要修改某个成员变量的数据,那么需要这个成员被 mutable修饰。
mutable char name[20];
void show(void) const//隐藏this指针
{
    strcpy(name,"------");
    cout<< name << " "<< pass <<endl;
}

普通函数不能声明为常函数(因为没有this指针)。

三、析构函数

1、特殊的成员函数 
    ~类名(void)
    {

    }
    没有参数、没有返回值、不能重载
2、谁来调用
    析构函数会在销毁对象时自动调用,在对象的整个生命周期内最多被调用一次。
3、析构函数负责什么
    负责释放在构造函数期间获取的所有资源,它的执行过程:
    1.先执行析构函数本身代码
    2.调用成员类的析构函数
    3.调用父类的析构函数
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
using namespace std;

class A
{
public:
    A(void)
    {
        cout << "A 's 构造" <<endl;
    }
    ~A(void)
    {
        cout<<"A 's 析构"<<endl;
    }
};

class B
{
public:
    B(void)
    {
        cout << "B 's 构造" <<endl;
    }
    ~B(void)
    {
        cout<<"B 's 析构"<<endl;
    }
};

class User : public A
{
    char* name;
    char* pass;
    B b;
    //char name[20];
    //char pass[10];
public:
    User(const char* name,const char* pass)
    {
        this->name = new char[strlen(name)+1];
        strcpy(this->name,name);
        this->pass = new char[strlen(pass)+1];
        strcpy(this->pass,pass);
        cout<< "构造"<<endl;
        cout<<"-----"<<endl;
    }

/*    User(void)
    {
        cout<<"构造"<<endl;
    }
*/
    ~User(void)
    {
        delete name;
        delete pass;
        cout<<"析构"<<endl;
    }
};

int main()
{
    User* u1 = new User("asd","ads");
    //exit(0);
    delete u1;
    //User u2;

}

4.缺省的析构函数
如果一个类没有实现析构函数,编译器会自动生成一个具有析构函数功能的二进制指令,它负责释放编译器能够看得到的资源(成员变量、类成员、弗雷成员),这就是缺省析构。
如果类中没有动态资源,也不需要做善后工作,缺省析构就完全共用了,不需要再实现新析构函数。
注意:缺省析构无法释放动态资源(堆内存)【堆内存是动态资源,动态资源不一定是堆内存】

类对象的创建过程与释放过程。

    创建:分配内存(对象)-> 父类构造-> 成员构造-> 自己构造
        父类构造:按照继承表从左到右依次构造。
        成员构造:按照声明顺序从上至下依次构造。
    释放:自己析构-> 成员析构-> 父类析构-> 释放内存(对象)
        成员析构:按照声明顺序从下到上依次构造。
        父类析构:按照继承表从右到左依次构造。

四、拷贝构造

拷贝构造又称为复制构造,是一种特殊的构造函数,它是使用一个现有的旧对象构造一个新的对象时调用的函数,只有一个引用型的参数(对象本身)。
类名(类& )
{

}
拷贝构造的参数应该加 const 保护,但编译器并没有强行限制。
编译器会自己生成一个拷贝构造函数,它负责把旧对象中的所有数据拷贝给新创建的对象。

深拷贝与浅拷贝的区别:
    如果类成员有指针,浅拷贝只拷贝指针变量的值,而深拷贝指针变量所指向的目标。
什么情况下需要实现拷贝构造:
    当类成员中没有指针成员,此时默认的拷贝构造(浅拷贝)就无法完成任务,需要自己动手实现拷贝构造(深拷贝)。
什么情况下会调用拷贝构造:
    1、使用旧对象给新对象赋值时
    User user1 = user;
    2、使用对象当作函数的参数,当调用函数时,就会一起调用拷贝构造。
#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;

class User
{
    char* name;
    char pass[7];
    int id;
public:
    User(const char* name,const char* pass)
    {
        this->name = new char[strlen(name)+1];
        strcpy(this->name,name);
        strcpy(this->pass,pass);
    }
    void show(void)
    {
        cout<<name <<" " <<pass <<endl;
    }

    ~User(void)
    {
        cout<<"析构"<<&name <<endl;
        delete[] name;
    }

    User(User& that)
    {
        name = new char[strlen(that.name)];
        strcpy(name,that.name);
        strcpy(pass,that.pass);
        cout << "我是拷贝构造" << endl;
    }

};

void func(User& user)
{
    user.show();
}

int main()
{
    User u1("a","aa");
    u1.show();
    // 调用拷贝构造
    User u2 = u1;
    u2.show();
    func(u1);
}

五、赋值构造(赋值运算符)

当一类对象给另一个类对象赋值时,就会调用赋值构造
void opeator = (类&)
{

}
什么时会调用:对象 = 对象;
编译器会生成一个缺省的赋值构造,它负责把一个对象的内存拷贝给另一个对象。
什么情况需要实现赋值构造:
    当需要深拷贝时,需要自己动手实现赋值构造,也就是拷贝构造与赋值构造需要同时实现。
编译器会自动生成四个成员函数:构造、析构、赋值构造、拷贝构造。    
#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;

class User
{
    char* name;
    char pass[7];
public:
    User(const char* name,const char* pass)
    {
        this->name = new char[strlen(name)+1];
        strcpy(this->name,name);
        strcpy(this->pass,pass);
    }
    void show(void)
    {
        cout<<name <<" " <<pass <<endl;
    }

    ~User(void)
    {
        cout<<"析构"<<&name <<endl;
        delete[] name;
    }

    User(User& that)
    {
        name = new char[strlen(that.name)];
        strcpy(name,that.name);
        strcpy(pass,that.pass);
        cout << "我是拷贝构造" << endl;
    }

    User& operator = (const User& that)
    {
        cout<< this <<" "<< &that << endl;
        if(this != &that)
        {
            cout<<"我是赋值构造"<<endl;
            // 释放旧空间
            delete[] name;

            // 申请新空间
            name = new char[strlen(that.name)+1];

            // 拷贝内容
            strcpy(name,that.name);
            strcpy(pass,that.pass);

            /*
            User temp(that);
            swap(name,temp.name);
            */
        }
        return *this;
    }

};

int main()
{
    User u1("a","aa");
    User u2("bbbb","bb");
    User u3("ccc","cc");
    //赋值构造
    u1 = u1;
    //u2 = u1 = u3;
    u1.show();
    u2.show();
    u3.show();

}

六、关于拷贝构造、赋值构造的建议

1、缺省的拷贝构造、赋值构造函数不光会拷贝本类的数据,也会调用成员类对象和父类的拷贝构造和赋值构造,而不是单纯的按字节复制,因此尽量少用指针成员。
2、在函数参数中,尽量使用类指针或引用来当参数(不要直接使用类对象),减少调用拷贝构造和赋值构造的机会,也可以降低数据传递的开销。
3、如果由于特殊原因无法实现完整的拷贝构造、赋值构造,建议将它们私有化,防止误用。
4、一旦为一个类实现了拷贝构造,那么也一定要实现赋值构造。(<=>)

七、静态成员

类成员一旦被 static 修饰就会变成静态成员,而是单独一份存储在bss或data内存段中,所有的类对象共享(静态成员属于类,而不属于某个对象)。
静态成员在类内声明,但必须在类外定义、初始化。与成员函数一样需要加“类名::”限定符表示它属于哪个类,但不需要再额外增加 static.

 成员函数也可以被static修饰,这种函数叫静态成员函数,这种成员没有this指针,因此在静态函数中不能直接访问类的成员,但可以直接访问静态成员,但可以直接访问静态成员变量、静态成员函数。
静态成员变量、函数依然受访问控制限定符的影响。
因为在代码编译完成后,静态成员已经定义完成(有了存储空间),一次可以不用活类对象而直接调用,类名::静态成员名

静态成员变量可以被当做全局变量来使用(访问限定符必须是public),静态成员函数可以当作类的接口,实现对类的管理。

八、单例模式

什么是单例模式,只能创建出一个类对象(只有一实际的实例)的叫单例模式。
单例模式的应用场景:
    Windows系统的任务管理器
    Linux/Unix系统的日志系统
    网站的访问计数器
    服务端程序的连接池、线程池、数据池
获取单一对象的方法:
    1、定义全局(C语言),但不受控制,防君子不能防小人。
    2、专门写一个类,把类的构造函数设置私有,借助静态成员函数提供一个接口,以此来获取唯一的实例。
C++如何实现单例:
    1、禁止类的外部创建类对象:构造函数设置私有
    2、类自己维护一个唯一的实例:使用静态指针指向
    3、提供一个获取实例的方法:静态成员函数获取静态指针

饿汉模式:
将单例类的唯一实例对象定义为成员变量,当程序开始运行时,实例对象就已经创建完成
优点:加载进程时,静态创建单例对象,线程安全。
缺点:无论使用与否,总要创建,浪费内存。

#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
private:
    Singleton(void)
    {
    }
    static Singleton object;
public:
    static Singleton get_object(void)
    {
        return object;
    }
    void show(void)
    {
        cout<< "我是对象:"<<&object <<endl;
    }
};

Singleton Singleton::object;

int main()
{
    Singleton sig = Singleton::get_object();
    Singleton sig1 = Singleton::get_object();
    sig.show();
    sig1.show();
}

懒汉模式:
用静态成员指针来指向单例类的唯一实例对象,只有真正调用获取实例的静态接口时,实例对象才被创建。
优点:什么时候用什么时候创建,节约内存。
缺点:在第一次调用获取实例对象的静态接口时,才真正创建,如果在多线程操作情况下有可能被创建出多个实例对象(虽然可能性很低),存在线程不安全问题。

#include <iostream>
#include <pthread.h>
using namespace std;
//pthread_mutex_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
class Singleton
{
private:
    Singleton(void)
    {
    }
    static Singleton* object;
public:
    static Singleton& get_object(void)
    {
        if(NULL == object)
        {
            object = new Singleton;
        }
        return *object;
    }
    void show(void)
    {
        cout<< "我是对象:"<<object <<endl;
    }
};

Singleton* Singleton::object;

int main()
{
    Singleton sig = Singleton::get_object();
    Singleton sig1 = Singleton::get_object();
    sig.show();
    sig1.show();
}

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