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    C++踩坑实战之构造和析构函数

    作者:shunshunshun18 栏目:未分类 时间:2021-07-26 14:44:01

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    叹!百花齐放的时代,渐行渐远!



    前言

    我是练习时长一年的 C++ 个人练习生,喜欢野指针、模板报错和未定义行为(undefined behavior)。之前在写设计模式的『工厂模式』时,一脚踩到了构造、继承和 new 组合起来的坑,现在也有时间来整理一下了。

    构造函数

    众所周知:在创建对象时,防止有些成员没有被初始化导致不必要的错误,在创建对象的时候自动调用构造函数(无声明类型),完成成员的初始化。即:

    Class c // 隐式,默认构造函数
    Class c = Class() // 显示,默认构造函数
    Class c = Class("name") // 显示,非默认构造函数 
    Class* c = new Class // 隐式,默认构造函数
    
    • 构造函数执行前,对象不存在
    • 构造函数创建对象后,对象不能调用构造函数
    • 类中如果不定义构造函数,编译器提供有默认的构造函数,无参数,也不执行任何额外的语句
    • 如果提供非默认构造函数,没有默认构造函数将会出错。所以要定义一个不接受任何参数的构造函数,并为成员定义合理的值
    • 一般而言,默认的构造函数是用来对所有类成员做隐式初始化的
    • 自己定义的构造函数一般用使用列表初始化来初始化参数
    • 通过构造函数对成员赋值,要优于通过函数为成员赋值
    using namespace std;
    
    class Stone {
    private:
        int weight{0};
        double radius{0.0};
    public:
        Stone() {
            cout << "Class Stone was created by default creator" << endl;
        };
        Stone(int w, double r) : weight{w}, radius{r} {
            cout << "Class Stone was created by custom creator" << endl;
        }
        void showInfo() {
            cout << "Weight: " << this->weight << ", Radius: " 
                 << this->radius << endl;
        }
    };
    
    int main (){
        // 隐式,成员有默认值
        Stone s1;
        s1.showInfo();
        // 显式,通过列表初始化,为成员赋值
        Stone s2 = Stone(12, 3.3);
        s2.showInfo();
        return 0;
    }
    
    

    通过构造函数实现的类型转换

    观察以下的代码,我们发现 Stone s2;s2 = 3.3; 这样将一个 double 类型的数据赋值给类类型并没有出错,这是隐式类型转换,从参数类型到类类型。

    using namespace std;
    
    class Stone {
    private:
        int weight{0};
        double radius{0.0};
    public:
        Stone() {
            cout << this << endl;
            cout << "Class Stone was created by default creator" << endl;
        };
        // 都关闭
        Stone(double r) : radius{r} {
            cout << this << endl;
            cout << "Class Stone was created by parameter radius" << endl;
        }
        Stone(int w) : weight{w} {
            cout << this << endl;
            cout << "Class Stone was created by parameter weight" << endl;
        }
        void showInfo() {
            cout << "Weight: " << this->weight << ", Radius: " 
                 << this->radius << endl;
        }
    };
    
    int main (){
        Stone s2;
        s2 = 3.3;
        s2.showInfo();
        return 0;
    }
    
    

    这是因为:接受一个参数的构造函数允许使用赋值语法来为对象赋值。s2=3.3 会创建 Stock(double) 临时对象,临时对象初始化后,逐成员赋值的方式复制到对象中,在几个构造函数中加入了 cout << this 的语句,由对象的地址不同,可以判断该赋值语句额外生成了临时对象。

    为了防止隐式转换带来的危险,可以使用关键字 explicit 关闭这一特性,这样就得显式完成参数类型到类类型的转换:s = Stock(1.3);不过,得保证没有二义性。

    using namespace std;
    
    class Stone {
    private:
        int weight{0};
        double radius{0.0};
    public:
        Stone() {
            cout << this << endl;
            cout << "Class Stone was created by default creator" << endl;
        };
        // 都关闭
        explicit Stone(double r) : radius{r} {
            cout << this << endl;
            cout << "Class Stone was created by parameter radius" << endl;
        }
        explicit Stone(int w) : weight{w} {
            cout << this << endl;
            cout << "Class Stone was created by parameter weight" << endl;
        }
        void showInfo() {
            cout << "Weight: " << this->weight << ", Radius: " 
                 << this->radius << endl;
        }
    };
    
    int main (){
        Stone s2;
        s2 = Stone(3);
        s2.showInfo();
        return 0;
    }
    
    

    上述代码中,如果 Stone(int w) 没有被关闭,那么 s2=3.3 将调用这一构造函数。所以构造函数建议都加上 explicit 声明。

    派生类的构造函数

    派生类要注意的是:派生类被构造之前,通过调用一个基类的构造函数,创建基类完成基类数据成员的初始化;也就是说,基类对象在程序进入派生类构造函数之前被创建。那么,可以通过初始化列表传递给基类参数,不传递的话,调用基类的默认的构造函数,如下述程序中的:Gem(){}:Stone()。

    using namespace std;
    
    class Stone {
    private:
        int weight{0};
        double radius{0.0};
    public:
        Stone() {
            cout << "This object was in address: " << this << endl;
        };
        Stone(int w, double r) : weight{2}, radius{r} {};
        void showInfo() {
            cout << "Weight: " << this->weight << ", Radius: " << this->radius;
        }
        int getWeight(){
            return this->weight;
        }
        auto getRadius() -> double {
            return this->radius;
        }
    };
    
    class Gem : public Stone {
    private:
        double price;
    public:
        Gem(){};
        Gem(double p, int w, double r) : Stone(w, r), price{p} {};
        void show() {
            cout << "Weight: " << this->getWeight() << ", Radius" 
                 << this->getRadius();
        }
    };
    
    int main (){
        Gem g1; // call default
        Gem g2 = Gem(1300, 1, 2.3); // call custom 
        // g.setWeight(130);
        g2.show();
        return 0;
    }
    
    
    • 首先创建基类对象
    • 派生类通过初始化列表(只能用在构造函数)将基类信息传递给基类的构造函数
    • 派生类构造函数可以为派生类初始化新的成员

    析构函数

    对象过期时,程序会调用对象的析构函数完成一些清理工作,如释放变量开辟的空间等。如构造函数使用了 new 来申请空间,析构就需要 delete 来释放空间。如果没有特别声明析构函数,编译器会为类提供默认的析构函数,在对象作用域到期、被删除时自动被调用。

    如 stock1 = Stock(),这种就申请了一个临时变量,变量消失时会调用析构函数。此外,这种局部变量放在栈区,先入后出,也就是,最后被申请的变量最先被释放。

    using namespace std;
    
    class Stone {
    private:
        int weight{0};
        double radius{0.0};
    public:
        Stone() {
            cout << "This object was in address: " << this << endl;
        };
        ~Stone() {
            cout << this << " Object was deleted." << endl;
        }
    };
    
    int main (){
        {
            Stone s1;
            Stone s2;
        }
        return 0;
    }
    
    

    继承中的析构函数

    继承类比较容易理解,毕竟都学过面向对象。公有继承的时候,基类的公有成员也是派生类的共有成员;私有成员也是派生类的一部分,不过需要共有或保护方法来访问。但是但是但是,派生类和基类的析构函数之间,也是一个坑。在继承中:

    • 如果一个方法不是虚方法,那么将根据引用类型或指针类型选择执行的方法
    • 如果一个方法是虚方法,将根据指针或引用指向对象的类型选择执行的方法

    在继承中,对象的销毁顺序和创建相反。创建时先创建基类,而后创建子类;销毁时,先调用子类的析构函数,而后自动调用基类的析构函数。因此,对于基类而言,建议将析构函数写成虚方法。如果析构不是虚方法,对于以下情况,只有基类的析构被调用;如果析构是虚方法,子类、基类的析构方法都被调用。可以尝试删除下述代码的 virtual 来观察结果:

    using namespace std;
    
    class Stone {
    private:
        int weight{0};
        double radius{0.0};
    public:
        Stone() {
            cout << "This object was in address: " << this << endl;
        };
        Stone(int w, double r) : weight{2}, radius{r} {};
        void showInfo() {
            cout << "Weight: " << this->weight << ", Radius: " 
                 << this->radius;
        }
        int getWeight(){
            return this->weight;
        }
        auto getRadius() -> double {
            return this->radius;
        }
        virtual ~Stone() {
            cout << "Stone class was deleted." << endl;
        }
    };
    
    class Gem : public Stone {
    private:
        double price;
    public:
        Gem() {};
        Gem(double p, int w, double r) : Stone(w, r), price{p} {};
        void show() {
            cout << "Weight: " << this->getWeight() << ", Radius" 
                 << this->getRadius();
        }
        ~Gem() {
            cout << "Gem class was deleted." << endl;
        }
    };
    
    int main (){
        Stone* s1 = new Gem(2.3, 2, 3.2);
        delete s1;
        // Gem* g1 = new Gem(2.3, 2, 1.2);
        // delete g1;
        return 0;
    }
    
    

    应用

    大概常见的坑在上面都记录好了,来看一段我写的危险的程序(我大概抽象了一下),覆盖了:野指针和为定义行为:

    using namespace std;
    
    class A {
    private:
        int* a;
    public:
        int* create() {
            a = new int();
            return a;
        }
        ~A(){
            delete a;
        }
    };
    
    int main () {
        A a;
        int* b = a.create();
        delete b;
        return 0;
    }
    
    
    1. 每次调用 create 都会 new 一次,但只 delete 了一次。
    2. 如果没有调用 create 直接析构,未定义行为
    3. 如果 b 持有了 a.create() 的指针,然后 a 提前析构,那么 b 是野指针
    4. delete b 是没必要的。这样会 double free,也是未定义行为
    5. 上述代码没有区分类里面 new 且 返回的东西要在哪删除合适
    6. 可以让类来管理这一个 new,修改一下 create 的实现或者干脆在构造 new,在析构 delete

    总结