打开效率的大门—C++类和对象（中）：构造函数、析构函数、拷贝构造函数
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前言
在用类创建对象时，我们会产生这样的疑问？对象的初始化是怎么实现的呢、如何对对象赋值呢、对象在程序结束时进行了什么操作等等，今天本节将带你揭晓类中发生的不为人知的那些事。
一、类的默认成员函数
- 定义：默认成员函数就是⽤⼾没有显式实现，编译器会⾃动⽣成的成员函数称为默认成员函数。
- 种类：一般会生成6个默认函数，分别是构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值重载函数、普通变量、const对象取地址，C++ 11后有增加了移动构造和移动赋值两个默认成员函数（本节不做讲解）
默认成员函数将从这以下两个方面进行开展讲解与探究：
-
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、默认成员函数的探究
(1)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。作用就是替代了之前C语言中的Init初始化函数，并且具有自动调用的优势。
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date()
{
_year = 1;
_month = 1;
_day = 1;
cout << "构造成功" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1; //执行结果为“构造成功”
}
4.构造函数可以重载
5. 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。
可以实现构造的方法一：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//无参构造函数
Date()
{
_year = 1;
_month = 1;
_day = 1;
cout << "构造成功" << endl;
}
//有参构造函数
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
但是，注意这里创建对象时要么不传参数，要么传满参数，并且调用无参构造函数时是 Date d1; 不是 Date d1(); 后面代码的编译器可能认为是声明了一个返回值为Date，类名为d1，无参数的函数。
可以实现构造的方法二：
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
// 全缺省构造函数
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
这是最推荐的构造函数写法，即兼容无参的 Date d1; 还可以自由的传入参数
因此，可，以说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。并且默认构造函数不仅指的是编译器默认生成的，还指的是无参构造函数、全缺省函数也是，总的来说不传实参就可以调用的就叫默认构造
6. 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，⼀旦⽤⼾显式定义编译器将不再⽣成。
7. 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，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
说明：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。
首先我们来看没有构造函数的类创建对象时，其里的变量怎么变化
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Print();
}
代码运行的结果是三个随机值，可见生成的默认构造函数不会主动初始化，里面变量值都是垃圾值（即随机值），但如果变量里含有全局内置类型成员，因为储存在数据段，因此默认值为0。
接着，我们来研究两个栈构造队列的代码，这就是典型的：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
1. 定义： C++ 初始化列表（Member Initializer List）是构造函数的特殊语法结构，用于在构造函数体内代码执行之前，对类的成员变量进行 初始化操作（构造函数函数体是赋值）。它的核心作用是直接完成成员变量的初始化，而非先默认构造再赋值。
格式为：
Date()
:_year(2025)
, _month(12)//_month（3*2）
,_day(20)
{}
初始化列表的使⽤⽅式是以⼀个冒号开始，接着是⼀个以逗号分隔的数据成员列表，每个"成员变量"后⾯跟⼀个放在括号中的初始值或表达式
2. 初始化顺序： 成员变量的初始化顺序不由初始化列表的书写顺序决定，而是由成员变量在类中的声明顺序决定，并且在列表每个变量只能出现一次，因为列表是成员变量定义初始化的地方
class Test {
private:
int a; // 声明顺序1
int b; // 声明顺序2
public:
// 初始化列表书写顺序：b先，a后
Test()
: b(10)
, a(b) {
cout << "a = " << a << endl; // 输出随机值（或10，取决于编译器，本质是初始化顺序问题）
cout << "b = " << b << endl; // 输出10
}
};
int main() {
Test t;
return 0;
}
3.成员变量限制： 引⽤成员变量，const成员变量，没有默认构造的类类型变量，必须放在初始化列表位置进⾏初始化，否则会编译报错。
原因：
1. 引用成员变量：引用创建时必须绑定对象，无法再定义再赋值，函数体进行操作时
其实已经创建但未绑定实体，属于非法
2. const成员变量： const修饰的变量必须在创建时初始化，且初始化后无法改变，
构造函数函数体执行时，const成员已经创建但未初始化，违反规则
3. 没有默认构造的类类型变量：编译器在初始列表阶段，会自动调用自定义成员类型
的默认构造函数（指的是无参或全缺省或默认生成的函数)，若无默认构造，则无法完成这一
步自动化调用，只能在列表内调用其带参构造
class Time
{
public:
Time(int hour)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date(int& x, int year = 1, int month = 1, int day = 1)
:_year(year)
,_month(month)
,_day(day)
,_t(12)
,_ref(x)
,_n(1)
{
// error C2512: “Time”: 没有合适的默认构造函数可⽤
// error C2530 : “Date::_ref” : 必须初始化引⽤
// error C2789 : “Date::_n” : 必须初始化常量限定类型的对象
}
void Print() const
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
Time _t; // 没有默认构造
int& _ref; // 引⽤
const int _n; // const
};
int main()
{
int i = 0;
Date d1(i);
d1.Print();
return 0;
}
4. 缺省值： C++11⽀持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显⽰在初始化列表初始化的成员使⽤的。
就是将上方的Date类中成员变量变成如下：
// 注意这⾥不是初始化，这⾥给的是缺省值，这个缺省值是给初始化列表的
// 如果初始化列表没有显⽰初始化，默认就会⽤这个缺省值初始化
int _year = 1;
int _month = 1;
int _day;
Time _t = 1;
const int _n = 1;
int* _ptr = (int*)malloc(12);
大家学到这里可能会产生疑问，就是对于构造函数中成员变量缺省值、函数参数缺省值
初始化列表、 构造函数函数体这四个的执行顺序。
先说结论：构造函数缺省值填充-->成员变量缺省值初始化-->初始化列表执行-->自定
义类型成员的构造调用（若有自定义类型）-->构造函数函数体执行
#include <iostream>
using namespace std;
// 无默认构造的自定义类型（模拟你的Time类）
class Time {
public:
int _hour;
Time(int hour) : _hour(hour) {
cout << "Time带参构造调用" << endl;
}
};
class Date {
public:
// 成员变量缺省值（类内初始值）
int _year = 2000; // 成员缺省值1
int _month = 10; // 成员缺省值2
int _day = 5; // 成员缺省值3
// 构造函数缺省值：x无默认值，year/month/day有默认值
Date(int& x, int year = 1, int month = 1, int day = 1)
// 初始化列表
: _year(year)
, _t(12)
, _ref(x)
, _n(99)
{
// 构造函数函数体
_day = day + 10;
cout << "Date函数体执行：_day被赋值为" << _day << endl;
}
void Print() {
cout << "最终：_year=" << _year << " _month=" << _month << " _day=" << _day << endl;
cout << "_t._hour=" << _t._hour << " _ref=" << _ref << " _n=" << _n << endl;
}
private:
Time _t; // 自定义类型成员（无默认构造）
int& _ref; // 引用成员
const int _n; // const成员
};
// 主函数调用
int main() {
int num = 100;
Date d(num, 2025); // 只传x和year，month/day用默认值1
d.Print();
return 0;
}
1.函数调用的参数预处理（调用阶段）：给为未传参的形参填充默认值，确定构造函数的实际入参。
代码中体现为：调用Date d(num, 2025)时，month缺省填充为1，day缺省填充为1；x 绑定num（值 100），year为 2025
2. 成员的默认初始化（初始化列表前置）：编译器为未在初始化列表显式初始化的成员，提供的默认赋值逻辑（仅针对有类内初始值的成员）
代码中体现为：编译器按成员声明顺序，给有类内初始值的成员赋默认值：_year=2000、_month=10、_day=5；_t/_ref/_n无类内初始值，暂不处理
3. 成员的正式创建与初始化（成员创建的核心阶段）：成员变量 “出生” 的关键步骤，解决引用、const、无默认构造自定义类型的初始化硬性要求
代码中体现为：
_year(year)：将_year从 2000 改为 2025；
_t(12)：调用Time的带参构造，创建_t并初始化_hour=12；
_ref(x)：将引用_ref绑定到num（值 100）；
_n(99)：给const成员_n赋初始值 99（唯一一次赋值机会）；
_month/_day未在初始化列表写，保留步骤 2 的默认值。
4. 自定义类型的构造函数调用（初始化列表内嵌）:初始化列表处理自定义类型成员的底层逻辑（必须调用其构造函数才能创建对象）
代码中体现为：初始化列表中_t(12)触发Time的带参构造，输出Time带参构造调用
5. 对已创建成员的二次赋值（二次赋值阶段）: 仅修改成员的数值，不改变成员的 “创建状态”（如引用的绑定、const 的值、自定义类型对象的存在性）
代码中体现为：行_day = day + 10，将_day从 5 改为1+10=11，输出Date函数体执行：_day被赋值为11
5. 建议： 尽量使⽤初始化列表初始化，因为那些你不在初始化列表初始化的成员也会⾛初始化列表，如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会⽤这个缺省值初始化。
⽆论是否显⽰写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表；
⽆论是否在初始化列表显⽰初始化成员变量，每个成员变量都要⾛初始化列表初始化；
(2)析构函数
(2.1)定义与作用
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，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。
(2.2)特点
1.析构函数表现为在类名前加上字符“ ~ ”
2.无参数无返回值
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
3.一个类只能由一个析构函数，若未定义显示，则生成默认的析构函数
4.对象生命周期结束时，系统自动调用析构函数
class Test {
public:
Test() { cout << "Test对象构造" << endl; }
~Test() { cout << "Test对象析构（资源清理）" << endl; }
};
void func() {
Test t; // 局部对象t创建，触发构造函数
cout << "func函数执行中..." << endl;
} // 函数执行完毕，t超出作用域，自动触发析构函数
int main() {
func();
cout << "main函数继续执行..." << endl;
return 0;
}
执行结果为：Test对象构造 ；func函数执行中…；Test对象析构（资源清理；main函数继续执行…
5. 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。
并且只要写显示析构函数，对于自定义类型成员也会调用它的析构，无论什么情况自定义成员类型都会自动调用析构函数。
这里默认生成的析构函数对于不同类型的数据有不同的处理方法
-
内置类型成员
- 普通成员内置变量：随对象销毁从内存中消失无额外操作。
- 指向资源的变量：对于该类变量只会销毁变量名，造成内存泄漏，无法访问和释放
-
自定义类型成员
- 递归调用自定义类型成员的析构函数
小结：析构函数无法处理指向资源的变量，并且没有指向资源的变量时不需要自己写析构函数。
6.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。
7.一个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构（本质为栈存入）
(3)拷贝构造函数
(3.1)定义与作用
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⻉构造函数，也就是说拷⻉构造是⼀个特殊的构造函数。
(3.2)特点
- 拷贝构造函数是构造函数的一个重载
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//
编译报错：error C2652: “Date”: ⾮法的复制构造函数: 第⼀个参数不应是“Date”
//Date(Date d)
Date(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
- 拷⻉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。拷⻉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。
- 单参数函数：
参数为 const 类型引用 或 类型引用
Date(Date& other)
Date(const Date& other)
注意：参数必须是引用而不是传值，因为C++规定值传递时传递的是副本，因此会调用拷贝构造函数，而拷贝构造函数又会进入到创建副本的步骤，形成无限递归，编译器报错，并且建议为const防止更改数据
- 多参数函数：
第一个参数为类型引用，其余参数必须有缺省值，因为拷贝构造是自动执行的（也可以说是隐含的），而对参数有要求就破坏了其的本质与作用，因此编译器会视为构造函数。
-
C++规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造，所以这⾥⾃定义类型传值传参和传值返回都会调⽤拷⻉构造完成。
运行结果为：000000F6C50FFA28 000000F6C50FFB18，可见自定义类型进行传值传参时，会调用拷贝构造函数创建副本。 -
若未显式定义拷⻉构造，编译器会⽣成⾃动⽣成拷⻉构造函数。⾃动⽣成的拷⻉构造对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉)，对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷⻉构造
- 浅拷贝的缺点：浅拷贝（值拷贝）是逐字节拷贝源对象的所以成员变量值到新对象中，仅复制成员变量的“表面值”，不复制变量指向的堆内存等资源。
- 深拷贝的必要：实现深拷贝，即不仅拷贝指针本身，还拷贝指针指向的堆内存资源，让新对象和源对象拥有独立的资源
浅拷贝使用的问题
问题 1：新对象和源对象的指针成员指向同一块堆内存，修改一个对象的指针指向内容，会影响另一个对象。
// Date类：用整型指针演示浅拷贝，无动态内存分配
class Date {
public:
int* pNum; // 整型指针（指向共享整型资源，无堆内存）
int year, month, day;
// 构造函数：让整型指针指向外部整型变量
Date(int y=2025, int m=12, int d=21, int* num=nullptr)
: year(y), month(m), day(d), pNum(num) {}
// 修改整型指针指向的内容（验证浅拷贝影响）
void setNum(int newVal) {
if (pNum) *pNum = newVal; // 仅修改指向的内容，不修改指针地址
}
// 打印信息（含整型值和指针地址）
void print(const char* objName) {
cout << objName << "：" << year << "-" << month << "-" << day
<< "，整型值：" << (pNum ? *pNum : 0)
<< "，整型指针地址：" << (void*)pNum << endl;
}
};
int main() {
// 静态整型变量（共享资源，无 new/delete，供整型指针指向）
int sharedNum = 100;
// 1. 源对象：整型指针指向共享整型变量
Date date1(2025, 12, 21, &sharedNum);
date1.print("date1（源对象）"); 2025-12-21，整型值：100，整型指针地址：0x7ffd9380988c
// 2. 浅拷贝：仅拷贝整型指针的地址（两个对象指向同一共享整型）
Date date2 = date1;
date2.print("date2（浅拷贝对象）"); 2025-12-21，整型值：100，整型指针地址：0x7ffd9380988c
// 验证：修改date2指针指向的内容，date1同步受影响
cout << "\n修改date2指向的整型值后：" << endl;
date2.setNum(200);
date1.print("date1（源对象）"); date1（源对象）：2025-12-21，整型值：200，整型指针地址：0x7ffd9380988c
date2.print("date2（浅拷贝对象）"); date2（浅拷贝对象）：2025-12-21，整型值：200，整型指针地址：0x7ffd9380988c
return 0;
}
问题 2：对象销毁时，两个对象都会尝试释放同一块堆内存，导致重复释放内存（double free），程序崩溃。
这里给出队列的深拷贝解决重复释放的方法
Stack(const Stack& st)
{ // 需要对_a指向资源创建同样⼤的资源再拷⻉值
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);
_top = st._top;
_capacity = st._capacity;
}
- 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⻉构造，否则就不需要
- 传值返回会产⽣⼀个临时对象调⽤拷⻉构造，传值引⽤返回，返回的是返回对象的别名(引⽤)，没有产⽣拷⻉。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⻉，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
- 拷贝构造函数调用的多种形式
- 直接初始化（括号初始化): 类名 新对象名(已有对象名);
本质：直接用已有对象作为新对象的初始化参数，明确触发拷贝构造函数 - 拷贝初始化（等号=初始化): 类名 新对象名 = 已有对象名;
本质：这里的=不是赋值运算符，而是初始化符号，本质是拷贝构造，并非先创建空对象再赋值。 - 传值传参构造
- 直接初始化（括号初始化): 类名 新对象名(已有对象名);
总结
在本节我们了解了类中的三种默认函数，这三种在以后的学习和练习中将与我们紧密相连，剩下的三个函数将在下一节讲解，谢谢观看！！！
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