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C++构造函数详解

C++中,有一种特殊的成员函数,它的名字和类名相同,没有返回值,不需要用户显式调用(用户也不能调用),而是在创建对象时自动执行。这种特殊的成员函数就是构造函数(Constructor)

在《C++类成员的访问权限以及类的封装》一节中,我们通过成员函数 setname()、setage()、setscore() 分别为成员变量 name、age、score 赋值,这样做虽然有效,但显得有点麻烦。有了构造函数,我们就可以简化这项工作,在创建对象的同时为成员变量赋值,请看下面的代码(示例1):
#include <iostream>
using namespace std;

class Student{
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
public:
    //声明构造函数
    Student(char *name, int age, float score);
    //声明普通成员函数
    void show();
};

//定义构造函数
Student::Student(char *name, int age, float score){
    m_name = name;
    m_age = age;
    m_score = score;
}
//定义普通成员函数
void Student::show(){
    cout<<m_name<<"的年龄是"<<m_age<<",成绩是"<<m_score<<endl;
}

int main(){
    //创建对象时向构造函数传参
    Student stu("小明", 15, 92.5f);
    stu.show();
    //创建对象时向构造函数传参
    Student *pstu = new Student("李华", 16, 96);
    pstu -> show();

    return 0;
}
运行结果:
小明的年龄是15,成绩是92.5
李华的年龄是16,成绩是96

该例在 Student 类中定义了一个构造函数Student(char *, int, float),它的作用是给三个 private 属性的成员变量赋值。要想调用该构造函数,就得在创建对象的同时传递实参,并且实参由( )包围,和普通的函数调用非常类似。

在栈上创建对象时,实参位于对象名后面,例如Student stu("小明", 15, 92.5f);在堆上创建对象时,实参位于类名后面,例如new Student("李华", 16, 96)

构造函数必须是 public 属性的,否则创建对象时无法调用。当然,设置为 private、protected 属性也不会报错,但是没有意义。

构造函数没有返回值,因为没有变量来接收返回值,即使有也毫无用处,这意味着:
  • 不管是声明还是定义,函数名前面都不能出现返回值类型,即使是 void 也不允许;
  • 函数体中不能有 return 语句。

构造函数的重载

和普通成员函数一样,构造函数是允许重载的。一个类可以有多个重载的构造函数,创建对象时根据传递的实参来判断调用哪一个构造函数。

构造函数的调用是强制性的,一旦在类中定义了构造函数,那么创建对象时就一定要调用,不调用是错误的。如果有多个重载的构造函数,那么创建对象时提供的实参必须和其中的一个构造函数匹配;反过来说,创建对象时只有一个构造函数会被调用

对示例1中的代码,如果写作Student stu或者new Student就是错误的,因为类中包含了构造函数,而创建对象时却没有调用。

更改示例1的代码,再添加一个构造函数(示例2):
#include <iostream>
using namespace std;

class Student{
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
public:
    Student();
    Student(char *name, int age, float score);
    void setname(char *name);
    void setage(int age);
    void setscore(float score);
    void show();
};

Student::Student(){
    m_name = NULL;
    m_age = 0;
    m_score = 0.0;
}
Student::Student(char *name, int age, float score){
    m_name = name;
    m_age = age;
    m_score = score;
}
void Student::setname(char *name){
    m_name = name;
}
void Student::setage(int age){
    m_age = age;
}
void Student::setscore(float score){
    m_score = score;
}
void Student::show(){
    if(m_name == NULL || m_age <= 0){
        cout<<"成员变量还未初始化"<<endl;
    }else{
        cout<<m_name<<"的年龄是"<<m_age<<",成绩是"<<m_score<<endl;
    }
}

int main(){
    //调用构造函数 Student(char *, int, float)
    Student stu("小明", 15, 92.5f);
    stu.show();

    //调用构造函数 Student()
    Student *pstu = new Student();
    pstu -> show();
    pstu -> setname("李华");
    pstu -> setage(16);
    pstu -> setscore(96);
    pstu -> show();

    return 0;
}
运行结果:
小明的年龄是15,成绩是92.5
成员变量还未初始化
李华的年龄是16,成绩是96

构造函数Student(char *, int, float)为各个成员变量赋值,构造函数Student()将各个成员变量的值设置为空,它们是重载关系。根据Student()创建对象时不会赋予成员变量有效值,所以还要调用成员函数 setname()、setage()、setscore() 来给它们重新赋值。

构造函数在实际开发中会大量使用,它往往用来做一些初始化工作,例如对成员变量赋值、预先打开文件等。

默认构造函数

如果用户自己没有定义构造函数,那么编译器会自动生成一个默认的构造函数,只是这个构造函数的函数体是空的,也没有形参,也不执行任何操作。比如上面的 Student 类,默认生成的构造函数如下:
Student(){}
一个类必须有构造函数,要么用户自己定义,要么编译器自动生成。一旦用户自己定义了构造函数,不管有几个,也不管形参如何,编译器都不再自动生成。在示例1中,Student 类已经有了一个构造函数Student(char *, int, float),也就是我们自己定义的,编译器不会再额外添加构造函数Student(),在示例2中我们才手动添加了该构造函数。
实际上编译器只有在必要的时候才会生成默认构造函数,而且它的函数体一般不为空。默认构造函数的目的是帮助编译器做初始化工作,而不是帮助程序员。这是C++的内部实现机制,这里不再深究,初学者可以按照上面说的“一定有一个空函数体的默认构造函数”来理解。
最后需要注意的一点是,调用没有参数的构造函数也可以省略括号。对于示例2的代码,在栈上创建对象可以写作Student stu()Student stu,在堆上创建对象可以写作Student *pstu = new Student()Student *pstu = new Student,它们都会调用构造函数 Student()。

以前我们就是这样做的,创建对象时都没有写括号,其实是调用了默认的构造函数。

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