C++详解（8-9）

八、 C++函数的高级特性

对比于C语言的函数，C++增加了重载（overloaded）、内联（inline）、const和virtual四种新机制。其中重载和内联机制既可用于全局函数也可用于类的成员函数，const与virtual机制仅用于类的成员函数。

重载和内联肯定有其好处才会被C++语言采纳，但是不可以当成免费的午餐而滥用。本章将探究重载和内联的优点与局限性，说明什么情况下应该采用、不该采用以及要警惕错用。

8.1 函数重载的概念

8.1.1 重载的起源

自然语言中，一个词可以有许多不同的含义，即该词被重载了。人们可以通过上下文来判断该词到底是哪种含义。“词的重载”可以使语言更加简练。例如“吃饭”的含义十分广泛，人们没有必要每次非得说清楚具体吃什么不可。别迂腐得象孔已己，说茴香豆的茴字有四种写法。

在C++程序中，可以将语义、功能相似的几个函数用同一个名字表示，即函数重载。这样便于记忆，提高了函数的易用性，这是C++语言采用重载机制的一个理由。例如示例8-1-1中的函数EatBeef,EatFish,EatChicken可以用同一个函数名Eat表示，用不同类型的参数加以区别。

void EatBeef(…);       // 可以改为     void Eat(Beef …);

void EatFish(…);       // 可以改为     void Eat(Fish …);

void EatChicken(…);    // 可以改为     void Eat(Chicken …);

示例8-1-1 重载函数Eat

C++语言采用重载机制的另一个理由是：类的构造函数需要重载机制。因为C++规定构造函数与类同名（请参见第9章），构造函数只能有一个名字。如果想用几种不同的方法创建对象该怎么办？别无选择，只能用重载机制来实现。所以类可以有多个同名的构造函数。

8.1.2 重载是如何实现的？

几个同名的重载函数仍然是不同的函数，它们是如何区分的呢？我们自然想到函数接口的两个要素：参数与返回值。

如果同名函数的参数不同（包括类型、顺序不同），那么容易区别出它们是不同的函数。

如果同名函数仅仅是返回值类型不同，有时可以区分，有时却不能。例如：

void Function(void);

int  Function (void);

上述两个函数，第一个没有返回值，第二个的返回值是int类型。如果这样调用函数：

int  x = Function ();

则可以判断出Function是第二个函数。问题是在C++/C程序中，我们可以忽略函数的返回值。在这种情况下，编译器和程序员都不知道哪个Function函数被调用。

所以只能靠参数而不能靠返回值类型的不同来区分重载函数。编译器根据参数为每个重载函数产生不同的内部标识符。例如编译器为示例8-1-1中的三个Eat函数产生象_eat_beef、_eat_fish、_eat_chicken之类的内部标识符（不同的编译器可能产生不同风格的内部标识符）。

如果C++程序要调用已经被编译后的C函数，该怎么办？

假设某个C函数的声明如下：

void foo(int x, int y);

该函数被C编译器编译后在库中的名字为_foo，而C++编译器则会产生像_foo_int_int之类的名字用来支持函数重载和类型安全连接。由于编译后的名字不同，C++程序不能直接调用C函数。C++提供了一个C连接交换指定符号extern“C”来解决这个问题。例如：

extern “C”

{

void foo(int x, int y);

… // 其它函数

}

或者写成

extern “C”

{

#include “myheader.h”

… // 其它C头文件

}

这就告诉C++编译译器，函数foo是个C连接，应该到库中找名字_foo而不是找_foo_int_int。C++编译器开发商已经对C标准库的头文件作了extern“C”处理，所以我们可以用＃include 直接引用这些头文件。

注意并不是两个函数的名字相同就能构成重载。全局函数和类的成员函数同名不算重载，因为函数的作用域不同。例如：

void Print(…); // 全局函数

class A

{…

void Print(…); // 成员函数

}

不论两个Print函数的参数是否不同，如果类的某个成员函数要调用全局函数Print，为了与成员函数Print区别，全局函数被调用时应加‘::’标志。如

::Print(…); // 表示Print是全局函数而非成员函数

8.1.3 当心隐式类型转换导致重载函数产生二义性

示例8-1-3中，第一个output函数的参数是int类型，第二个output函数的参数是float类型。由于数字本身没有类型，将数字当作参数时将自动进行类型转换（称为隐式类型转换）。语句output(0.5)将产生编译错误，因为编译器不知道该将0.5转换成int还是float类型的参数。隐式类型转换在很多地方可以简化程序的书写，但是也可能留下隐患。

# include <iostream.h>

void output( int x); // 函数声明

void output( float x); // 函数声明

void output( int x)

{

cout << " output int " << x << endl ;

}

void output( float x)

{

cout << " output float " << x << endl ;

}

void main(void)

{

int   x = 1;

float y = 1.0;

output(x); // output int 1

output(y); // output float 1

output(1); // output int 1

// output(0.5); // error! ambiguous call, 因为自动类型转换

output(int(0.5)); // output int 0

output(float(0.5)); // output float 0.5

}

示例8-1-3 隐式类型转换导致重载函数产生二义性

8.2 成员函数的重载、覆盖与隐藏

成员函数的重载、覆盖（override）与隐藏很容易混淆，C++程序员必须要搞清楚概念，否则错误将防不胜防。

8.2.1 重载与覆盖

成员函数被重载的特征：

（1）相同的范围（在同一个类中）；

（2）函数名字相同；

（3）参数不同；

（4）virtual关键字可有可无。

覆盖是指派生类函数覆盖基类函数，特征是：

（1）不同的范围（分别位于派生类与基类）；

（2）函数名字相同；

（3）参数相同；

（4）基类函数必须有virtual关键字。

示例8-2-1中，函数Base::f(int)与Base::f(float)相互重载，而Base::g(void)被Derived::g(void)覆盖。

#include <iostream.h>

class Base

{

public:

void f(int x){ cout << "Base::f(int) " << x << endl; }

void f(float x){ cout << "Base::f(float) " << x << endl; }

virtual void g(void){ cout << "Base::g(void)" << endl;}

};

class Derived : public Base

{

public:

virtual void g(void){ cout << "Derived::g(void)" << endl;}

};

void main(void)

{

Derived  d;

Base *pb = &d;

pb->f(42); // Base::f(int) 42

pb->f(3.14f); // Base::f(float) 3.14

pb->g();     // Derived::g(void)

}

示例8-2-1成员函数的重载和覆盖

8.2.2 令人迷惑的隐藏规则

本来仅仅区别重载与覆盖并不算困难，但是C++的隐藏规则使问题复杂性陡然增加。这里“隐藏”是指派生类的函数屏蔽了与其同名的基类函数，规则如下：

（1）如果派生类的函数与基类的函数同名，但是参数不同。此时，不论有无virtual关键字，基类的函数将被隐藏（注意别与重载混淆）。

（2）如果派生类的函数与基类的函数同名，并且参数也相同，但是基类函数没有virtual关键字。此时，基类的函数被隐藏（注意别与覆盖混淆）。

示例程序8-2-2（a）中：

（1）函数Derived::f(float)覆盖了Base::f(float)。

（2）函数Derived::g(int)隐藏了Base::g(float)，而不是重载。

（3）函数Derived::h(float)隐藏了Base::h(float)，而不是覆盖。

#include <iostream.h>

class Base

{

public:

virtual void f(float x){ cout << "Base::f(float) " << x << endl; }

void g(float x){ cout << "Base::g(float) " << x << endl; }

void h(float x){ cout << "Base::h(float) " << x << endl; }

};

class Derived : public Base

{

public:

virtual void f(float x){ cout << "Derived::f(float) " << x << endl; }

void g(int x){ cout << "Derived::g(int) " << x << endl; }

void h(float x){ cout << "Derived::h(float) " << x << endl; }

};

示例8-2-2（a）成员函数的重载、覆盖和隐藏

据作者考察，很多C++程序员没有意识到有“隐藏”这回事。由于认识不够深刻，“隐藏”的发生可谓神出鬼没，常常产生令人迷惑的结果。

示例8-2-2（b）中，bp和dp指向同一地址，按理说运行结果应该是相同的，可事实并非这样。

void main(void)

{

Derived  d;

Base *pb = &d;

Derived *pd = &d;

// Good : behavior depends solely on type of the object

pb->f(3.14f); // Derived::f(float) 3.14

pd->f(3.14f); // Derived::f(float) 3.14

// Bad : behavior depends on type of the pointer

pb->g(3.14f); // Base::g(float) 3.14

pd->g(3.14f); // Derived::g(int) 3        (surprise!)

// Bad : behavior depends on type of the pointer

pb->h(3.14f); // Base::h(float) 3.14      (surprise!)

pd->h(3.14f); // Derived::h(float) 3.14

}

示例8-2-2（b） 重载、覆盖和隐藏的比较

8.2.3 摆脱隐藏

隐藏规则引起了不少麻烦。示例8-2-3程序中，语句pd->f(10)的本意是想调用函数Base::f(int)，但是Base::f(int)不幸被Derived::f(char *)隐藏了。由于数字10不能被隐式地转化为字符串，所以在编译时出错。

class Base

{

public:

void f(int x);

};

class Derived : public Base

{

public:

void f(char *str);

};

void Test(void)

{

Derived *pd = new Derived;

pd->f(10); // error

}

示例8-2-3 由于隐藏而导致错误

从示例8-2-3看来，隐藏规则似乎很愚蠢。但是隐藏规则至少有两个存在的理由：

写语句pd->f(10)的人可能真的想调用Derived::f(char *)函数，只是他误将参数写错了。有了隐藏规则，编译器就可以明确指出错误，这未必不是好事。否则，编译器会静悄悄地将错就错，程序员将很难发现这个错误，流下祸根。

假如类Derived有多个基类（多重继承），有时搞不清楚哪些基类定义了函数f。如果没有隐藏规则，那么pd->f(10)可能会调用一个出乎意料的基类函数f。尽管隐藏规则看起来不怎么有道理，但它的确能消灭这些意外。

示例8-2-3中，如果语句pd->f(10)一定要调用函数Base::f(int)，那么将类Derived修改为如下即可。

class Derived : public Base

{

public:

void f(char *str);

void f(int x) { Base::f(x); }

};

8.3 参数的缺省值

有一些参数的值在每次函数调用时都相同，书写这样的语句会使人厌烦。C++语言采用参数的缺省值使书写变得简洁（在编译时，缺省值由编译器自动插入）。

参数缺省值的使用规则：

【规则8-3-1】参数缺省值只能出现在函数的声明中，而不能出现在定义体中。

例如：

void Foo(int x=0, int y=0); // 正确，缺省值出现在函数的声明中

void Foo(int x=0, int y=0) // 错误，缺省值出现在函数的定义体中

{

…

}

为什么会这样？我想是有两个原因：一是函数的实现（定义）本来就与参数是否有缺省值无关，所以没有必要让缺省值出现在函数的定义体中。二是参数的缺省值可能会改动，显然修改函数的声明比修改函数的定义要方便。

【规则8-3-2】如果函数有多个参数，参数只能从后向前挨个儿缺省，否则将导致函数调用语句怪模怪样。

正确的示例如下：

void Foo(int x, int y=0, int z=0);

错误的示例如下：

void Foo(int x=0, int y, int z=0);

要注意，使用参数的缺省值并没有赋予函数新的功能，仅仅是使书写变得简洁一些。它可能会提高函数的易用性，但是也可能会降低函数的可理解性。所以我们只能适当地使用参数的缺省值，要防止使用不当产生负面效果。示例8-3-2中，不合理地使用参数的缺省值将导致重载函数output产生二义性。

#include <iostream.h>

void output( int x);

void output( int x, float y=0.0);

void output( int x)

{

cout << " output int " << x << endl ;

}

void output( int x, float y)

{

cout << " output int " << x << " and float " << y << endl ;

}

void main(void)

{

int x=1;

float y=0.5;

// output(x); // error! ambiguous call

output(x,y); // output int 1 and float 0.5

}

示例8-3-2  参数的缺省值将导致重载函数产生二义性

8.4 运算符重载

8.4.1 概念

在C++语言中，可以用关键字operator加上运算符来表示函数，叫做运算符重载。例如两个复数相加函数：

Complex Add(const Complex &a, const Complex &b);

可以用运算符重载来表示：

Complex operator +(const Complex &a, const Complex &b);

运算符与普通函数在调用时的不同之处是：对于普通函数，参数出现在圆括号内；而对于运算符，参数出现在其左、右侧。例如

Complex a, b, c;

…

c = Add(a, b); // 用普通函数

c = a + b; // 用运算符 +

如果运算符被重载为全局函数，那么只有一个参数的运算符叫做一元运算符，有两个参数的运算符叫做二元运算符。

如果运算符被重载为类的成员函数，那么一元运算符没有参数，二元运算符只有一个右侧参数，因为对象自己成了左侧参数。

从语法上讲，运算符既可以定义为全局函数，也可以定义为成员函数。文献[Murray , p44-p47]对此问题作了较多的阐述，并总结了表8-4-1的规则。

运算符	规则
所有的一元运算符	建议重载为成员函数
= () [] ->	只能重载为成员函数
+= -= /= *= &= |= ~= %= >>= <<=	建议重载为成员函数
所有其它运算符	建议重载为全局函数

表8-4-1 运算符的重载规则

由于C++语言支持函数重载，才能将运算符当成函数来用，C语言就不行。我们要以平常心来对待运算符重载：

（1）不要过分担心自己不会用，它的本质仍然是程序员们熟悉的函数。

（2）不要过分热心地使用，如果它不能使代码变得更加易读易写，那就别用，否则会自找麻烦。

8.4.2 不能被重载的运算符

在C++运算符集合中，有一些运算符是不允许被重载的。这种限制是出于安全方面的考虑，可防止错误和混乱。

（1）不能改变C++内部数据类型（如int,float等）的运算符。

（2）不能重载‘.’，因为‘.’在类中对任何成员都有意义，已经成为标准用法。

（3）不能重载目前C++运算符集合中没有的符号，如#,@,$等。原因有两点，一是难以理解，二是难以确定优先级。

（4）对已经存在的运算符进行重载时，不能改变优先级规则，否则将引起混乱。

8.5 函数内联

8.5.1 用内联取代宏代码

C++ 语言支持函数内联，其目的是为了提高函数的执行效率（速度）。

在C程序中，可以用宏代码提高执行效率。宏代码本身不是函数，但使用起来象函数。预处理器用复制宏代码的方式代替函数调用，省去了参数压栈、生成汇编语言的CALL调用、返回参数、执行return等过程，从而提高了速度。使用宏代码最大的缺点是容易出错，预处理器在复制宏代码时常常产生意想不到的边际效应。例如

#define MAX(a, b)       (a) > (b) ? (a) : (b)

语句

result = MAX(i, j) + 2 ;

将被预处理器解释为

result = (i) > (j) ? (i) : (j) + 2 ;

由于运算符‘+’比运算符‘:’的优先级高，所以上述语句并不等价于期望的

result = ( (i) > (j) ? (i) : (j) ) + 2 ;

如果把宏代码改写为

#define MAX(a, b)       ( (a) > (b) ? (a) : (b) )

则可以解决由优先级引起的错误。但是即使使用修改后的宏代码也不是万无一失的，例如语句

result = MAX(i++, j);

将被预处理器解释为

result = (i++) > (j) ? (i++) : (j);

对于C++ 而言，使用宏代码还有另一种缺点：无法操作类的私有数据成员。

让我们看看C++ 的“函数内联”是如何工作的。对于任何内联函数，编译器在符号表里放入函数的声明（包括名字、参数类型、返回值类型）。如果编译器没有发现内联函数存在错误，那么该函数的代码也被放入符号表里。在调用一个内联函数时，编译器首先检查调用是否正确（进行类型安全检查，或者进行自动类型转换，当然对所有的函数都一样）。如果正确，内联函数的代码就会直接替换函数调用，于是省去了函数调用的开销。这个过程与预处理有显著的不同，因为预处理器不能进行类型安全检查，或者进行自动类型转换。假如内联函数是成员函数，对象的地址（this）会被放在合适的地方，这也是预处理器办不到的。

C++ 语言的函数内联机制既具备宏代码的效率，又增加了安全性，而且可以自由操作类的数据成员。所以在C++ 程序中，应该用内联函数取代所有宏代码，“断言assert”恐怕是唯一的例外。assert是仅在Debug版本起作用的宏，它用于检查“不应该”发生的情况。为了不在程序的Debug版本和Release版本引起差别，assert不应该产生任何副作用。如果assert是函数，由于函数调用会引起内存、代码的变动，那么将导致Debug版本与Release版本存在差异。所以assert不是函数，而是宏。（参见6.5节“使用断言”）

8.5.2 内联函数的编程风格

关键字inline必须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联，仅将inline放在函数声明前面不起任何作用。如下风格的函数Foo不能成为内联函数：

inline void Foo(int x, int y); // inline仅与函数声明放在一起

void Foo(int x, int y)

{

…

}

而如下风格的函数Foo则成为内联函数：

void Foo(int x, int y);

inline void Foo(int x, int y) // inline与函数定义体放在一起

{

…

}

所以说，inline是一种“用于实现的关键字”，而不是一种“用于声明的关键字”。一般地，用户可以阅读函数的声明，但是看不到函数的定义。尽管在大多数教科书中内联函数的声明、定义体前面都加了inline关键字，但我认为inline不应该出现在函数的声明中。这个细节虽然不会影响函数的功能，但是体现了高质量C++/C程序设计风格的一个基本原则：声明与定义不可混为一谈，用户没有必要、也不应该知道函数是否需要内联。

定义在类声明之中的成员函数将自动地成为内联函数，例如

class A

{

public:

void Foo(int x, int y) { … } // 自动地成为内联函数

}

将成员函数的定义体放在类声明之中虽然能带来书写上的方便，但不是一种良好的编程风格，上例应该改成：

// 头文件

class A

{

public:

void Foo(int x, int y)；

}

// 定义文件

inline void A::Foo(int x, int y)

{

…

}

8.5.3 慎用内联

内联能提高函数的执行效率，为什么不把所有的函数都定义成内联函数？

如果所有的函数都是内联函数，还用得着“内联”这个关键字吗？

内联是以代码膨胀（复制）为代价，仅仅省去了函数调用的开销，从而提高函数的执行效率。如果执行函数体内代码的时间，相比于函数调用的开销较大，那么效率的收获会很少。另一方面，每一处内联函数的调用都要复制代码，将使程序的总代码量增大，消耗更多的内存空间。以下情况不宜使用内联：

（1）如果函数体内的代码比较长，使用内联将导致内存消耗代价较高。

（2）如果函数体内出现循环，那么执行函数体内代码的时间要比函数调用的开销大。

类的构造函数和析构函数容易让人误解成使用内联更有效。要当心构造函数和析构函数可能会隐藏一些行为，如“偷偷地”执行了基类或成员对象的构造函数和析构函数。所以不要随便地将构造函数和析构函数的定义体放在类声明中。

一个好的编译器将会根据函数的定义体，自动地取消不值得的内联（这进一步说明了inline不应该出现在函数的声明中）。

8.6 一些心得体会

C++ 语言中的重载、内联、缺省参数、隐式转换等机制展现了很多优点，但是这些优点的背后都隐藏着一些隐患。正如人们的饮食，少食和暴食都不可取，应当恰到好处。我们要辨证地看待C++的新机制，应该恰如其分地使用它们。虽然这会使我们编程时多费一些心思，少了一些痛快，但这才是编程的艺术。

九、 类的构造函数、析构函数与赋值函数

构造函数、析构函数与赋值函数是每个类最基本的函数。它们太普通以致让人容易麻痹大意，其实这些貌似简单的函数就象没有顶盖的下水道那样危险。

每个类只有一个析构函数和一个赋值函数，但可以有多个构造函数（包含一个拷贝构造函数，其它的称为普通构造函数）。对于任意一个类A，如果不想编写上述函数，C++编译器将自动为A产生四个缺省的函数，如

A(void); // 缺省的无参数构造函数

A(const A &a); // 缺省的拷贝构造函数

~A(void); // 缺省的析构函数

A & operate =(const A &a); // 缺省的赋值函数

这不禁让人疑惑，既然能自动生成函数，为什么还要程序员编写？

原因如下：

（1）如果使用“缺省的无参数构造函数”和“缺省的析构函数”，等于放弃了自主“初始化”和“清除”的机会，C++发明人Stroustrup的好心好意白费了。

（2）“缺省的拷贝构造函数”和“缺省的赋值函数”均采用“位拷贝”而非“值拷贝”的方式来实现，倘若类中含有指针变量，这两个函数注定将出错。

对于那些没有吃够苦头的C++程序员，如果他说编写构造函数、析构函数与赋值函数很容易，可以不用动脑筋，表明他的认识还比较肤浅，水平有待于提高。

本章以类String的设计与实现为例，深入阐述被很多教科书忽视了的道理。String的结构如下：

class String

{

public:

String(const char *str = NULL); // 普通构造函数

String(const String &other); // 拷贝构造函数

~ String(void); // 析构函数

String & operate =(const String &other); // 赋值函数

private:

char   *m_data; // 用于保存字符串

};

9.1 构造函数与析构函数的起源

作为比C更先进的语言，C++提供了更好的机制来增强程序的安全性。C++编译器具有严格的类型安全检查功能，它几乎能找出程序中所有的语法问题，这的确帮了程序员的大忙。但是程序通过了编译检查并不表示错误已经不存在了，在“错误”的大家庭里，“语法错误”的地位只能算是小弟弟。级别高的错误通常隐藏得很深，就象狡猾的罪犯，想逮住他可不容易。

根据经验，不少难以察觉的程序错误是由于变量没有被正确初始化或清除造成的，而初始化和清除工作很容易被人遗忘。Stroustrup在设计C++语言时充分考虑了这个问题并很好地予以解决：把对象的初始化工作放在构造函数中，把清除工作放在析构函数中。当对象被创建时，构造函数被自动执行。当对象消亡时，析构函数被自动执行。这下就不用担心忘了对象的初始化和清除工作。

构造函数与析构函数的名字不能随便起，必须让编译器认得出才可以被自动执行。Stroustrup的命名方法既简单又合理：让构造函数、析构函数与类同名，由于析构函数的目的与构造函数的相反，就加前缀‘~’以示区别。

除了名字外，构造函数与析构函数的另一个特别之处是没有返回值类型，这与返回值类型为void的函数不同。构造函数与析构函数的使命非常明确，就象出生与死亡，光溜溜地来光溜溜地去。如果它们有返回值类型，那么编译器将不知所措。为了防止节外生枝，干脆规定没有返回值类型。（以上典故参考了文献[Eekel, p55-p56]）

9.2 构造函数的初始化表

构造函数有个特殊的初始化方式叫“初始化表达式表”（简称初始化表）。初始化表位于函数参数表之后，却在函数体 {} 之前。这说明该表里的初始化工作发生在函数体内的任何代码被执行之前。

构造函数初始化表的使用规则：

如果类存在继承关系，派生类必须在其初始化表里调用基类的构造函数。

例如

class A

{…

A(int x); // A的构造函数

};

class B : public A

{…

B(int x, int y);// B的构造函数

};

B::B(int x, int y)

: A(x) // 在初始化表里调用A的构造函数

{

…

}

类的const常量只能在初始化表里被初始化，因为它不能在函数体内用赋值的方式来初始化（参见5.4节）。

类的数据成员的初始化可以采用初始化表或函数体内赋值两种方式，这两种方式的效率不完全相同。

非内部数据类型的成员对象应当采用第一种方式初始化，以获取更高的效率。例如

class A

{…

A(void); // 无参数构造函数

A(const A &other); // 拷贝构造函数

A & operate =( const A &other); // 赋值函数

}；

class B

{

public:

B(const A &a); // B的构造函数

private:

A  m_a; // 成员对象

};

示例9-2(a)中，类B的构造函数在其初始化表里调用了类A的拷贝构造函数，从而将成员对象m_a初始化。

示例9-2 (b)中，类B的构造函数在函数体内用赋值的方式将成员对象m_a初始化。我们看到的只是一条赋值语句，但实际上B的构造函数干了两件事：先暗地里创建m_a对象（调用了A的无参数构造函数），再调用类A的赋值函数，将参数a赋给m_a。

B::B(const A &a) : m_a(a) { … }

B::B(const A &a) { m_a = a; … }

　　　　　　　　　　　　　　　　　　示例9-2(a) 成员对象在初始化表中被初始化      示例9-2(b) 成员对象在函数体内被初始化

对于内部数据类型的数据成员而言，两种初始化方式的效率几乎没有区别，但后者的程序版式似乎更清晰些。若类F的声明如下：

class F

{

public:

　　F(int x, int y); // 构造函数

private:

　　int m_x, m_y;

　　int m_i, m_j;

}

示例9-2(c)中F的构造函数采用了第一种初始化方式，示例9-2(d)中F的构造函数采用了第二种初始化方式。

F::F(int x, int y) : m_x(x), m_y(y) { m_i = 0; m_j = 0; }

F::F(int x, int y) { m_x = x; m_y = y; m_i = 0; m_j = 0; }

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　示例9-2(c) 数据成员在初始化表中被初始化     示例9-2(d) 数据成员在函数体内被初始化

9.3 构造和析构的次序

构造从类层次的最根处开始，在每一层中，首先调用基类的构造函数，然后调用成员对象的构造函数。析构则严格按照与构造相反的次序执行，该次序是唯一的，否则编译器将无法自动执行析构过程。

一个有趣的现象是，成员对象初始化的次序完全不受它们在初始化表中次序的影响，只由成员对象在类中声明的次序决定。这是因为类的声明是唯一的，而类的构造函数可以有多个，因此会有多个不同次序的初始化表。如果成员对象按照初始化表的次序进行构造，这将导致析构函数无法得到唯一的逆序。[Eckel, p260-261]

9.4 示例：类String的构造函数与析构函数

// String的普通构造函数

String::String(const char *str)

{

　　if(str==NULL)

　　{

　　　　m_data = new char[1];

　　　　*m_data = ‘\0’;

　　}

　　else

　　{

　　　　int length = strlen(str);

　　　　m_data = new char[length+1];

　　　　strcpy(m_data, str);

　　}

}

// String的析构函数

String::~String(void)

{

delete [] m_data;

// 由于m_data是内部数据类型，也可以写成 delete m_data;

}

9.5 不要轻视拷贝构造函数与赋值函数

由于并非所有的对象都会使用拷贝构造函数和赋值函数，程序员可能对这两个函数有些轻视。请先记住以下的警告，在阅读正文时就会多心：

本章开头讲过，如果不主动编写拷贝构造函数和赋值函数，编译器将以“位拷贝”的方式自动生成缺省的函数。倘若类中含有指针变量，那么这两个缺省的函数就隐含了错误。以类String的两个对象a,b为例，假设a.m_data的内容为“hello”，b.m_data的内容为“world”。

现将a赋给b，缺省赋值函数的“位拷贝”意味着执行b.m_data = a.m_data。这将造成三个错误：一是b.m_data原有的内存没被释放，造成内存泄露；二是b.m_data和a.m_data指向同一块内存，a或b任何一方变动都会影响另一方；三是在对象被析构时，m_data被释放了两次。

拷贝构造函数和赋值函数非常容易混淆，常导致错写、错用。拷贝构造函数是在对象被创建时调用的，而赋值函数只能被已经存在了的对象调用。以下程序中，第三个语句和第四个语句很相似，你分得清楚哪个调用了拷贝构造函数，哪个调用了赋值函数吗？

String  a(“hello”);

String  b(“world”);

String  c = a; // 调用了拷贝构造函数，最好写成 c(a);

c = b; // 调用了赋值函数

本例中第三个语句的风格较差，宜改写成String c(a) 以区别于第四个语句。

9.6 示例：类String的拷贝构造函数与赋值函数

// 拷贝构造函数

String::String(const String &other)

{

　　// 允许操作other的私有成员m_data

　　int length = strlen(other.m_data);

　　m_data = new char[length+1];

　　strcpy(m_data, other.m_data);

}

// 赋值函数

String & String::operate =(const String &other)

{

　　// (1) 检查自赋值

　　if(this == &other)

　　return *this;

　　// (2) 释放原有的内存资源

　　delete [] m_data;

　　// （3）分配新的内存资源，并复制内容

　　int length = strlen(other.m_data);

　　m_data = new char[length+1];

　　strcpy(m_data, other.m_data);

　　// （4）返回本对象的引用

　　return *this;

}

类String拷贝构造函数与普通构造函数（参见9.4节）的区别是：在函数入口处无需与NULL进行比较，这是因为“引用”不可能是NULL，而“指针”可以为NULL。

类String的赋值函数比构造函数复杂得多，分四步实现：

（1）第一步，检查自赋值。你可能会认为多此一举，难道有人会愚蠢到写出 a = a 这样的自赋值语句！的确不会。但是间接的自赋值仍有可能出现，例如

// 内容自赋值 b = a; … c = b; … a = c;

// 地址自赋值 b = &a; … a = *b;

也许有人会说：“即使出现自赋值，我也可以不理睬，大不了化点时间让对象复制自己而已，反正不会出错！”

他真的说错了。看看第二步的delete，自杀后还能复制自己吗？所以，如果发现自赋值，应该马上终止函数。注意不要将检查自赋值的if语句

if(this == &other)

错写成为

if( *this == other)

（2）第二步，用delete释放原有的内存资源。如果现在不释放，以后就没机会了，将造成内存泄露。

（3）第三步，分配新的内存资源，并复制字符串。注意函数strlen返回的是有效字符串长度，不包含结束符‘\0’。函数strcpy则连‘\0’一起复制。

（4）第四步，返回本对象的引用，目的是为了实现象 a = b = c 这样的链式表达。注意不要将 return *this 错写成 return this 。那么能否写成return other 呢？效果不是一样吗？

不可以！因为我们不知道参数other的生命期。有可能other是个临时对象，在赋值结束后它马上消失，那么return other返回的将是垃圾。

9.7 偷懒的办法处理拷贝构造函数与赋值函数

如果我们实在不想编写拷贝构造函数和赋值函数，又不允许别人使用编译器生成的缺省函数，怎么办？

偷懒的办法是：只需将拷贝构造函数和赋值函数声明为私有函数，不用编写代码。

例如：

class A

{ …

private:

　　A(const A &a); // 私有的拷贝构造函数

　　A & operate =(const A &a); // 私有的赋值函数

};

如果有人试图编写如下程序：

A  b(a); // 调用了私有的拷贝构造函数

b = a; // 调用了私有的赋值函数

编译器将指出错误，因为外界不可以操作A的私有函数。

9.8 如何在派生类中实现类的基本函数

基类的构造函数、析构函数、赋值函数都不能被派生类继承。如果类之间存在继承关系，在编写上述基本函数时应注意以下事项：

派生类的构造函数应在其初始化表里调用基类的构造函数。

基类与派生类的析构函数应该为虚（即加virtual关键字）。例如

#include <iostream.h>

class Base

{

public:

virtual ~Base() { cout<< "~Base" << endl ; }

};

class Derived : public Base

{

public:

virtual ~Derived() { cout<< "~Derived" << endl ; }

};

void main(void)

{

Base * pB = new Derived;  // upcast

delete pB;

}

输出结果为：

~Derived

~Base

如果析构函数不为虚，那么输出结果为

~Base

在编写派生类的赋值函数时，注意不要忘记对基类的数据成员重新赋值。例如：

class Base

{

public:

…

Base & operate =(const Base &other); // 类Base的赋值函数

private:

　　int  m_i, m_j, m_k;

};

class Derived : public Base

{

public:

…

　　Derived & operate =(const Derived &other); // 类Derived的赋值函数

private:

　　int  m_x, m_y, m_z;

};

Derived & Derived::operate =(const Derived &other)

{

　　//（1）检查自赋值

　　if(this == &other)

　　return *this;

　　//（2）对基类的数据成员重新赋值

　　Base::operate =(other); // 因为不能直接操作私有数据成员

　　//（3）对派生类的数据成员赋值

　　m_x = other.m_x;

　　m_y = other.m_y;

　　m_z = other.m_z;

　　//（4）返回本对象的引用

　　return *this;

}

9.9 一些心得体会

有些C++程序设计书籍称构造函数、析构函数和赋值函数是类的“Big-Three”，它们的确是任何类最重要的函数，不容轻视。

也许你认为本章的内容已经够多了，学会了就能平安无事，我不能作这个保证。如果你希望吃透“Big-Three”。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　改变自己，从现在做起-----------久馆