C++面向对象5——C++关键字、构造函数与拷贝构造函数

this关键字

C++关键字this的深度解析

1. this指针的本质

在C++中，this是一个特殊的隐式指针，它存在于每个非静态成员函数内部，指向调用该函数的当前对象。其类型为：

  • 对于非const成员函数：ClassName* const（指针本身不可修改，但可修改指向的对象）
  • 对于const成员函数：const ClassName* const（指针和指向的对象均不可修改）

核心特性：

  • 无需显式声明，可直接在成员函数中使用
  • 解决成员变量与参数名冲突问题
  • 支持链式调用（返回*this）
  • 在析构函数中可安全使用（对象尚未完全销毁）
2. this值与类对象取地址的比较
#include <iostream>
using namespace std;class Point {
public:int x, y;Point(int x, int y) : x(x), y(y) {}void printAddress() {cout << "对象地址: " << this << endl;  // 输出this指针的值}
};int main() {Point p(10, 20);cout << "直接取地址: " << &p << endl;  // 输出对象p的地址p.printAddress();                      // 输出成员函数中的this值// 验证两者相等if (&p == &p) {  // 等价于 if (&p == this) 在成员函数内部cout << "地址相等!" << endl;}return 0;
}

输出结果：

直接取地址: 0x7ffee2c5a1a0
对象地址: 0x7ffee2c5a1a0
地址相等!

关键结论：

  • this的值与直接对对象取地址（&object）完全相同
  • this是对象地址的别名，指向对象的起始内存位置
3. 使用this更新类成员
① 解决命名冲突
class Rectangle {
private:double length, width;public:Rectangle(double length, double width) {this->length = length;  // 左侧this->length指成员变量，右侧指参数this->width = width;}
};
② 在成员函数中修改当前对象
class Counter {
private:int count;public:void increment() {this->count++;  // 等价于 count++，但显式使用this}void reset() {this->count = 0;  // 重置当前对象的count}
};
4. 链式调用（返回*this）

通过返回当前对象的引用（ClassName&），可以实现方法的连续调用。

class Calculator {
private:double value;public:Calculator(double initial = 0) : value(initial) {}// 加法：返回引用支持链式调用Calculator& add(double num) {this->value += num;return *this;  // 返回当前对象的引用}// 乘法：返回引用支持链式调用Calculator& multiply(double num) {this->value *= num;return *this;}double getResult() const {return this->value;}
};// 使用示例
Calculator calc(10);
double result = calc.add(5).multiply(2).getResult();  // 等价于 (10+5)*2 = 30

链式调用的优势：

  • 代码更简洁，减少临时变量
  • 提高可读性，表达连贯操作
  • 与STL算法和流操作符（如cout << a << b）风格一致
5. 在const成员函数中使用this

const成员函数中的this指针类型为const ClassName* const，不可修改对象状态。

class Vector {
private:double x, y;public:Vector(double x, double y) : x(x), y(y) {}// const成员函数：返回向量长度的平方double lengthSquared() const {// this的类型为const Vector* constreturn this->x * this->x + this->y * this->y;  // 只读访问}// 非const版本：允许修改向量Vector& scale(double factor) {this->x *= factor;this->y *= factor;return *this;}
};

注意事项：

  • const成员函数不能调用非const成员函数（可能修改对象）
  • 可通过const_cast强制转换this的const属性，但可能导致未定义行为
6. 高级用法拓展
① 在析构函数中使用this
class Resource {
public:~Resource() {// 安全访问this（对象尚未完全销毁）log("Resource destroyed at address: " << this);}void log(const string& message) const {// 记录日志...}
};
② 在拷贝构造函数和赋值运算符中使用this
class MyClass {
public:// 拷贝构造函数MyClass(const MyClass& other) {// 通过this访问当前对象this->data = new int[other.size];// ... 复制数据 ...}// 赋值运算符重载MyClass& operator=(const MyClass& other) {if (this != &other) {  // 防止自赋值// 释放当前资源delete[] this->data;// ... 复制数据 ...}return *this;  // 返回当前对象引用}
};
③ 在模板类中使用this
template<typename T>
class Base {
protected:T value;public:void printValue() {cout << this->value << endl;  // 必须使用this访问模板基类成员}
};template<typename T>
class Derived : public Base<T> {
public:void setValue(const T& val) {this->value = val;  // 通过this明确指向基类成员}
};
7. 常见误区与注意事项

  1. 静态成员函数中无this指针：

    class StaticClass {
public:static void staticFunc() {// this;  // 错误：静态成员函数中没有this指针}
};

  2. 空指针调用成员函数（危险）：

    MyClass* ptr = nullptr;
ptr->nonVirtualFunc();  // 如果函数不访问this，可能不崩溃（未定义行为）
ptr->virtualFunc();     // 几乎肯定崩溃（访问虚函数表需要this）

  3. 避免返回局部对象的引用：

    MyClass& badFunction() {MyClass local;return *this;  // 错误：返回局部对象的引用（悬空引用）
}
总结：this的核心价值
  1. 明确对象身份：在成员函数中区分成员变量与局部变量
  2. 支持链式调用：通过返回*this实现流畅的API设计
  3. 安全访问对象：在拷贝构造、赋值运算符和析构函数中确保正确操作当前对象
  4. 模板编程需求：在模板类中显式指定基类成员

合理使用this指针可以提高代码的清晰度和安全性，是C++面向对象编程的重要工具。

构造函数与拷贝构造函数

C++构造函数与拷贝构造函数详解

一、构造函数（Constructor）介绍

构造函数是类的特殊成员函数，主要用于对象的初始化，具有以下特点：

  • 与类名相同，没有返回类型
  • 在对象创建时自动调用
  • 可以重载（存在多个不同参数的构造函数）
1. 构造函数的类型
（1）无参数构造函数
  • 没有参数的构造函数，用于创建对象时进行默认初始化
  • 示例：
class Person {
public:string name;int age;// 无参数构造函数Person() {name = "Unknown";age = 0;}
};// 使用方式
Person p;  // 调用无参构造函数
（2）带部分参数的构造函数
  • 只初始化部分成员变量的构造函数
  • 示例：
class Person {
public:string name;int age;// 带部分参数的构造函数Person(string n) {name = n;age = 18;  // 默认年龄}
};// 使用方式
Person p("Alice");  // 调用带部分参数的构造函数
（3）带全部参数的构造函数
  • 初始化所有成员变量的构造函数
  • 示例：
class Person {
public:string name;int age;// 带全部参数的构造函数Person(string n, int a) {name = n;age = a;}
};// 使用方式
Person p("Bob", 25);  // 调用带全部参数的构造函数
（4）使用初始化列表的构造函数
  • 通过构造函数初始化列表（:）更高效地初始化成员变量
  • 优点：直接调用成员变量的构造函数，避免临时对象创建
  • 示例：
class Person {
public:string name;int age;// 使用初始化列表的构造函数Person(string n, int a) : name(n), age(a) {// 构造函数体可空}
};
2. 构造函数的其他特性
  • 默认构造函数：编译器自动生成的无参构造函数（仅当类没有定义任何构造函数时）
  • 委托构造函数：一个构造函数调用另一个构造函数完成初始化
    class Person {
public:string name;int age;Person() : Person("Unknown", 0) {}  // 委托给带参数的构造函数Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}
};
  • ** explicit 构造函数**：防止隐式类型转换的构造函数
    explicit Person(string n) : name(n), age(18) {}
Person p = "Charlie";  // 错误，explicit禁止隐式转换
Person p("Charlie");  // 正确
二、拷贝构造函数（Copy Constructor）详解
1. 基本概念与调用条件
（1）基本概念
  • 特殊的构造函数，用于从已存在的对象创建新对象
  • 格式：类名(const 类名& 变量名)
  • 示例：
class Person {
public:string name;int age;Person(const Person& p) {  // 拷贝构造函数name = p.name;age = p.age;}
};
（2）调用条件（4种情况）
  1. 对象以值传递方式传入函数
    void func(Person p) { /*...*/ }  // 调用拷贝构造函数
  2. 函数以值传递方式返回对象
    Person func() { Person p;return p;  // 调用拷贝构造函数
}
  3. 用一个对象初始化另一个同类型对象
    Person p1("Alice", 20);
Person p2 = p1;  // 调用拷贝构造函数
Person p3(p1);   // 等价于p3 = p1
  4. 初始化容器元素或数组时
    vector<Person> vec;
vec.push_back(p1);  // 调用拷贝构造函数
2. 浅拷贝与深拷贝
（1）浅拷贝（默认拷贝行为）
  • 编译器自动生成的拷贝构造函数，仅复制指针地址而非内容
  • 问题：当对象包含动态分配内存时，多个对象指向同一内存，导致：
    • 释放内存冲突（double free）
    • 访问已释放内存（dangling pointer）
  • 示例（危险的浅拷贝）：
class Data {
public:int* ptr;Data(int value) {ptr = new int(value);}// 未定义拷贝构造函数，使用默认浅拷贝
};int main() {Data d1(10);Data d2 = d1;  // 浅拷贝，d2.ptr = d1.ptrdelete d1.ptr;cout << *d2.ptr << endl;  // 访问已释放的内存，导致未定义行为return 0;
}
（2）深拷贝（自定义拷贝构造函数）
  • 手动复制指针指向的内容，而非指针本身
  • 解决方案：
class Data {
public:int* ptr;Data(int value) {ptr = new int(value);}// 自定义深拷贝构造函数Data(const Data& d) {ptr = new int(*d.ptr);  // 分配新内存并复制值}~Data() {delete ptr;  // 析构函数释放内存}
};
3. C++的三个规则（The Rule of Three）
  • 当类需要自定义以下任一函数时，通常需要同时定义其他两个：
    1. 拷贝构造函数
    2. 拷贝赋值运算符（operator=）
    3. 析构函数（~类名）
  • 原因：三者逻辑紧密相关，需保持一致性
  • 示例：
class Resource {
public:char* data;int size;Resource(int s) {size = s;data = new char[size];}// 三个规则示例~Resource() { delete[] data; }  // 析构函数Resource(const Resource& r) {  // 拷贝构造函数size = r.size;data = new char[size];memcpy(data, r.data, size);}Resource& operator=(const Resource& r) {  // 拷贝赋值运算符if (this != &r) {  // 避免自赋值delete[] data;size = r.size;data = new char[size];memcpy(data, r.data, size);}return *this;}
};
4. 避免不必要的拷贝
  • C++11 移动语义（Move Semantics）：通过std::move转移资源所有权，避免深拷贝
    class BigObject {vector<int> data;
public:// 移动构造函数BigObject(BigObject&& other) noexcept : data(std::move(other.data)) {}// 移动赋值运算符BigObject& operator=(BigObject&& other) noexcept {data = std::move(other.data);return *this;}
};
  • 常量引用传参：用const &代替值传递，避免拷贝
    void processObject(const Object& obj) { /*...*/ }  // 避免拷贝
5. 拷贝构造函数的隐式调用
  • 即使不定义拷贝构造函数，编译器也会隐式生成一个默认版本
  • 例外情况：当类包含以下成员时，默认拷贝构造函数会被禁用：
    • 引用成员（int& ref）
    • 常量成员（const int val）
    • 没有默认构造函数的类成员
  • 示例（默认拷贝构造函数被禁用）：
class MyClass {int& ref;       // 引用成员const int val;  // 常量成员public:MyClass(int& r, int v) : ref(r), val(v) {}// 无法生成默认拷贝构造函数，需手动定义
};
6. 禁用拷贝构造函数
  • C++11 方法：使用= delete显式禁用
    class NonCopyable {
public:NonCopyable() = default;NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;  // 禁用拷贝构造函数NonCopyable& operator=(const NonCopyable&) = delete;  // 禁用拷贝赋值
};
  • C++98 方法：将拷贝构造函数设为私有且不实现
    class NonCopyable {
private:NonCopyable(const NonCopyable&);  // 声明为私有NonCopyable& operator=(const NonCopyable&);
public:NonCopyable() {}
};
7. 拷贝构造函数总结
  • 核心作用：创建对象的副本，确保资源正确复制
  • 关键原则：
    • 若类包含动态分配资源，必须自定义深拷贝构造函数
    • 遵循"三个规则"保持析构函数、拷贝构造、拷贝赋值的一致性
    • 利用C++11移动语义优化性能，减少不必要的拷贝
  • 性能影响：深拷贝可能带来较高开销，需根据场景权衡设计
三、扩展：构造函数与拷贝构造函数的其他特性
  • 构造函数初始化顺序：成员变量按声明顺序初始化，与初始化列表顺序无关
  • 拷贝构造函数与const：参数通常声明为const &，避免无法拷贝常量对象
  • 拷贝构造函数与异常：应保证拷贝过程中不抛出异常（使用noexcept修饰）
  • 聚合类的拷贝：聚合类（无构造函数、全公共成员）通过默认拷贝构造函数复制

通过合理设计构造函数和拷贝构造函数，可以确保对象初始化的安全性和高效性，避免内存错误和性能问题。

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