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C++ 算法
C++ 类和对象（中）：默认成员函数与运算符重载 讲解 C++ 类和对象的核心概念，包括默认成员函数、构造函数、析构函数、拷贝构造函数及赋值运算符重载。重点阐述了构造函数的初始化作用、析构函数的资源清理机制以及浅拷贝与深拷贝的区别。同时介绍了运算符重载的实现方式，特别是流插入输出和比较运算符的重载规则。此外还讲解了 const 成员函数对 this 指针的影响以及取地址运算符重载的特殊场景。通过 Stack 和 Date 类的示例代码，展示了内存管理与对象生命周期的最佳实践。
清心 发布于 2026/3/23 更新于 2026/4/17 一、类和对象
1.1 类的默认成员函数
默认成员函数就是用户没有显式实现，编译器会自动生成的成员函数称为默认成员函数。一个类，我们不写的情况下编译器会默认生成以下 6 个默认成员函数，需要注意的是这 6 个中最重要的是前 4 个，最后两个取地址重载不重要，我们稍微了解一下即可。我们要从两个方面去学习：
第一：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。
第二：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？
1.2 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 。构造函数的本质是要替代我们以前 Stack 和 Date 类中写的 Init 函数的功能，构造函数自动调用的特点就完美的替代了 Init。
构造函数的特点：
函数名与类名相同。
无返回值 (返回值啥都不需要给，也不需要写 void，不要纠结，C++ 规定如此)
对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。
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，一旦用户显式定义编译器将不再生成。
默认构造函数是指 不需要传参数就能调用的构造函数 ，它包括三种情况：无参构造函数（没有参数）、全缺省构造函数（所有参数都有默认值） ，以及当你 没写任何构造函数时 编译器自动生成的那个构造函数。这三者都属于 默认构造函数 ，但一个类中只能存在其中一个——不能同时定义无参和全缺省构造函数，否则调用时会产生歧义。需要注意的是，很多人误以为只有编译器生成的那个才叫默认构造函数，其实只要能无参调用的构造函数，都算默认构造函数。
当类中未定义构造函数时，编译器自动生成的默认构造函数不会初始化内置类型成员（值不确定），但会调用自定义类型成员的默认构造函数；若该自定义类型没有默认构造函数，则会导致编译错误，此时必须通过初始化列表显式初始化。
常见的错误：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
class Data {
private :
int _year;
int _month;
int _day;
public :
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Data
int
int
int
void Print ()
"/"
"/"
int main ()
1.
Print
return
0
原因 ：你写了带参构造函数 → 编译器不再自动生成默认构造函数 → Date d1; 没有匹配的构造函数可用！
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
class Data {
private :
int _year;
int _month;
int _day;
public :
Data (int year = 1 , int month = 1 , int day = 1 ) {
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print () "/" << _month << "/" << _day << endl; }
};
int main () 1. Print ();
Data d2 () ;
return 0 ;
}
Date d2(); 在 C++ 中不是创建对象 ！
它的意思是：声明一个名为 d2 的函数 ，该函数返回类型为 Date。
所以不要这样写：Date d2()，要么就别加括号，加括号就传参数。
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack {
public :
Stack (int n = 4 ) {
_a = (STDataType*)malloc (sizeof (STDataType) * n);
if (nullptr == _a) {
perror ("malloc 申请空间失败" );
}
_capacity = n;
_top = 0 ;
}
private :
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
class MyQueue {
public :
private :
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main () return 0 ;
}
1.3 析构函数 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，比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。析构函数的特点：
析构函数名是在类名前加上字符 ~ 。
无参数无返回值。(这里跟构造类似，也不需要加 void)
一个类只能有一个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数
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。
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。
一个局部域的多个对象，C++ 规定后定义的对象先析构。
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack {
public :
Stack (int n = 4 ) {
_a = (STDataType*)malloc (sizeof (STDataType) * n);
if (nullptr == _a) {
perror ("malloc 申请空间失败" );
}
_capacity = n;
_top = 0 ;
}
~Stack () {
cout << "~Stack()" << endl;
free (_a);
_a = nullptr ;
_top = _capacity = 0 ;
}
private :
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
class MyQueue {
public :
private :
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main () return 0 ;
}
对比一下用 C++ 和 C 实现的 Stack 解决之前括号匹配问题 isValid，我们发现有了构造函数和析构函数确实方便了很多，不会再忘记调用 Init 和 Destroy 函数了，也方便了不少。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack {
public :
Stack (int n = 4 ) {
_a = (STDataType*)malloc (sizeof (STDataType) * n);
if (nullptr == _a) {
perror ("malloc 申请空间失败" );
return ;
}
_capacity = n;
_top = 0 ;
}
~Stack () {
cout << "~Stack()" << endl;
free (_a);
_a = nullptr ;
_top = _capacity = 0 ;
}
private :
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
bool isValid (const char * s) while (*s) {
if (*s == '[' || *s == '(' || *s == '{' ) {
st.Push (*s);
} else {
if (st.Empty ()) {
return false ;
}
char top = st.Top ();
st.Pop ();
if ((*s == ']' && top != '[' ) || (*s == '}' && top != '{' ) || (*s == ')' && top != '(' )) {
return false ;
}
}
++s;
}
return st.Empty ();
}
1.4 拷贝构造函数 作用：就是用一个 已经存在的、同类型的对象 （即已初始化的对象）来初始化一个正在被创建的新对象 （即尚未初始化的对象）
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贝构造函数，也就是说拷贝构造是一个特殊的构造函数。
拷贝构造函数 是构造函数的—个重载 。拷贝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 ， 也就是拷贝构造的参数如果不是引用会导致无穷递归（因为传值传参会调用拷贝构造） 。拷贝构造函数也可以有多个参数，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。
C++ 规定 自定义类型对象进行拷贝行为 必须调用 拷贝构造 ，所以这里自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造完成。
若 未显式定义拷贝构造 ，编译器会 自动生成拷贝构造函数 。自动生成的拷贝构造对内置类型成员变量会完成 值拷贝／浅拷贝（一个字节一个字节的拷贝） ，对自定义类型成员变量会调用它的拷贝构造。
像 Date 这样的类 成员变量全是 内置类型 且 没有指向什么资源 ，编译器自动生成的拷贝构造就可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显式实现拷贝构造。像 Stack 这样的类 ，虽然也都是内置类型，但是 _a 指向了资源不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝（对指向的资源也进行拷贝） 。像 MyQueue 这样的类 型内部主要是自定义类型 Stack 成员，编译器自动生成的拷贝构造会调用 Stack 的拷贝构造，也不需要我们显式实现 MyQueue 的拷贝构造。这里还有一个小技巧：如果一个类显式实现了析构并释放资源，那么它就需要显式写拷贝构造，否则就不需要。
传值返回 会产生一个临时对象，调用 拷贝构造 ； 传引用返回 ，返回的是返回对象的别名（引用）， 没有产生拷贝 。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，类似于一个野指针。传引用返回可以减少拷贝，但一定要确保返回对象在当前函数结束后仍然存在，才能使用引用返回。所以在正确性和性能选择上，优先选择正确性。其次才是性能。 #include <iostream>
using namespace std;
class Date {
public :
Date (int year = 1 , int month = 1 , int day = 1 ) {
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date (const Date& d) {
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
Date (Date* d) {
_year = d->_year;
_month = d->_month;
_day = d->_day;
}
void Print () "-" << _month << "-" << _day << endl; }
private :
int _year;
int _month;
int _day;
};
void Func1 (Date d) Print ();
}
Date& Func2 () {
Date tmp (2024 , 7 , 5 ) ;
tmp.Print ();
return tmp;
}
int main () Date d1 (2024 , 7 , 5 ) ;
Func1 (d1);
cout << &d1 << endl;
Date d2 (&d1) ;
d1. Print ();
d2. Print ();
Date d3 (d1) ;
d3. Print ();
Date d4 = d1;
d4. Print ();
Date ret = Func2 ();
ret.Print ();
return 0 ;
}
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack {
public :
Stack (int n = 4 ) {
_a = (STDataType*)malloc (sizeof (STDataType) * n);
if (nullptr == _a) {
perror ("malloc 申请空间失败" );
return ;
}
_capacity = n;
_top = 0 ;
}
Stack (const Stack& st) {
_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;
}
void Push (STDataType x) if (_top == _capacity) {
int newcapacity = _capacity * 2 ;
STDataType* tmp = (STDataType*)realloc (_a, newcapacity * sizeof (STDataType));
if (tmp == NULL ) {
perror ("realloc fail" );
return ;
}
_a = tmp;
_capacity = newcapacity;
}
_a[_top++] = x;
}
~Stack () {
cout << "~Stack()" << endl;
free (_a);
_a = nullptr ;
_top = _capacity = 0 ;
}
private :
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
class MyQueue {
public :
private :
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main () 1. Push (1 );
st1. Push (2 );
Stack st2 = st1;
MyQueue mq1;
MyQueue mq2 = mq1;
return 0 ;
}
二、赋值运算符重载
2.1 运算符重载
当运算符被用于类类型的对象时 ，C++ 语言允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义。C++ 规定类类型对象使用运算符 时，必须转换成调用对应的运算符重载；若没有对应的运算符重载，则会编译报错。
运算符重载 是具有特殊名字的函数，它的名字是由 **operator 和后面要定义的运算符共同构成。**和其他函数一样，它也具有其返回类型、参数列表以及函数体。重载运算符函数的参数个数 和该运算符作用的运算对象数量 一样多。一元运算符有一个参数 ，二元运算符有两个参数 ；二元运算符的左侧运算对象传给第一个参数，右侧运算对象传给第二个参数。如果一个重载运算符函数是成员函数，则它的第一个运算对象默认传给隐式的 this 指针 ，因此运算符重载作为成员函数时，参数比运算对象少一个。
运算符重载以后，其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持一致。
不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符：比如 operator@。
操作符至少有一个类类型参数，不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义，如：int operator+(int x, int y)。
一个类需要重载哪些运算符 ，是看哪些运算符重载后有意义 。比如 Date 类operator-**就有意义（可以计算两个日期之间的天数差），但是重载 operator+ 就没有意义
重载 ++ 运算符时 ，有前置 ++ 和后置 ++，运算符重载函数名都是 operator++，无法很好地区分。C++ 规定，后置 ++ 重载时，增加一个 int 形参 ，与前置 ++ 构成函数重载，方便区分。重载 << 和 >> 时，需要重载为全局函数，因为如果重载为成员函数，this 指针会默认抢占第一个形参位置，而第一个形参位置对应的是左侧运算对象，调用时就会变成 对象 << cout，不符合使用习惯和可读性。重载为全局函数时，可以把 ostream/istream 放在第一个形参位置，第二个形参位置放类类型对象，从而实现如 cout << 对象 的自然语法。
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include <assert.h>
class Date {
friend ostream& operator <<(ostream& out,const Date& d);
friend istream& operator >>(istream& in, Date& d);
public :
bool CheckDate () Date (int year = 1900 , int month = 1 , int day = 1 );
void Print () const int GetMonthDay (int year, int month) assert (_month > 0 && _month < 13 );
static int monthDayArray[13 ] = { -1 ,31 ,28 ,31 ,30 ,31 ,30 ,31 ,31 ,30 ,31 ,30 ,31 };
if (month == 2 && ((year % 4 == 0 ) && year % 100 != 0 ) || (year % 400 ) == 0 ) {
return 29 ;
}
return monthDayArray[month];
}
bool operator <(const Date& d);
bool operator <=(const Date& d);
bool operator >(const Date& d);
bool operator >=(const Date& d);
bool operator ==(const Date& d);
bool operator !=(const Date& d);
Date& operator +=(int day);
Date operator +(int day);
Date& operator -=(int day);
Date operator -(int day);
Date operator ++(int );
Date operator ++();
int operator -(const Date& d);
private :
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator <<(ostream& out,const Date& d);
istream& operator >>(istream& in, Date& d);
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Date.h"
bool Date::CheckDate () if (_month < 1 || _month > 12 || _day < 1 || _day > GetMonthDay (_year, _month)) {
return false ;
} else {
return true ;
}
}
Date::Date (int year, int month, int day) {
_year = year;
_month = month;
_day = day;
if (!CheckDate ()) {
cout << "非法日期:" ;
Print ();
}
}
void Date::Print () const "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
Date& Date::operator +=(int day) {
if (day < 0 ) {
return *this -= (-day);
}
_day += day;
while (_day > GetMonthDay (_year, _month)) {
_day -= GetMonthDay (_year, _month);
_month++;
if (_month == 13 ) {
_year++;
_month = 1 ;
}
}
return *this ;
}
Date Date::operator +(int day) {
Date tmp = *this ;
tmp += day;
return tmp;
}
Date& Date::operator -=(int day) {
if (day < 0 ) {
return *this += (-day);
}
_day -= day;
while (_day <= 0 ) {
_month--;
if (_month == 0 ) {
_year--;
_month = 12 ;
}
_day += GetMonthDay (_year, _month);
}
return *this ;
}
Date Date::operator -(int day) {
Date tmp = *this ;
tmp -= day;
return tmp;
}
bool Date::operator <(const Date& d) {
if (_year < d._year) {
return true ;
} else if (_year == d._year) {
if (_month < d._month) {
return true ;
} else {
if (_month == d._month) {
return _day < d._day;
}
}
}
return false ;
}
bool Date::operator ==(const Date& d) {
return _year == d._year && _month == d._month && _day == d._day;
}
bool Date::operator <=(const Date& d) {
return *this < d || *this == d;
}
bool Date::operator >(const Date& d) {
return !(*this <= d);
}
bool Date::operator >=(const Date& d) {
return !(*this < d);
}
bool Date::operator !=(const Date& d) {
return !(*this == d);
}
Date Date::operator ++(int ) {
Date tmp = *this ;
*this += 1 ;
return tmp;
}
Date Date::operator ++() {
*this += 1 ;
return *this ;
}
int Date::operator -(const Date& d) {
int flag = 1 ;
Date max = *this ;
Date min = d;
if (max < min) {
max = d;
min = *this ;
flag = -1 ;
}
int n = 0 ;
while (max != min) {
++min;
++n;
}
return flag * n;
}
ostream& operator <<(ostream& out,const Date& d) {
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
return out;
}
istream& operator >>(istream& in, Date& d) {
while (1 ) {
cout << "请依次输入年月日" << endl;
in >> d._year >> d._month >> d._day;
if (!d.CheckDate ()) {
cout << "输入错误！！" << endl;
d.Print ();
cout << "请重新输入！" << endl;
} else {
break ;
}
}
return in;
}
2.2 赋值运算符重载 赋值运算符重载是一个默认成员函数，用于完成两个已经存在的对象之间的拷贝赋值 。这里要注意跟拷贝构造区分：拷贝构造用于用一个已存在的对象去初始化另一个正在创建的对象。
赋值运算符重载是一个运算符重载，规定必须重载为成员函数。赋值运算符重载的参数建议写成 const 当前类类型引用 ，否则会因传值传参而产生不必要的拷贝。
赋值运算符重载应有返回值，且建议返回当前类类型的引用 。引用返回可以提高效率，而提供返回值的目的是为了支持连续赋值场景（如 a = b = c）。
没有显式实现时 ，编译器会自动 生成一个默认赋值运算符重载 。默认赋值运算符重载的行为跟默认拷贝构造函数类似：对内置类型成员变量会完成值拷贝／浅拷贝（一个字节一个字节的拷贝），对自定义类型成员变量会调用其赋值运算符重载函数。像 Date 这样的类 ，成员变量全是内置类型且没有指向任何资源，编译器自动生成的赋值运算符重载就可以完成所需的拷贝，因此不需要我们显式实现赋值运算符重载。像 Stack 这样的类 ，虽然成员也都是内置类型，但 _a 指向了动态分配的资源，编译器自动生成的赋值运算符重载执行的是值拷贝／浅拷贝，会导致多个对象共享同一块内存，析构时可能重复释放，因此不符合需求，需要我们自己实现深拷贝（即对指向的资源也进行拷贝）。像 MyQueue 这样的类 ，内部主要包含自定义类型 Stack 成员，编译器自动生成的赋值运算符重载会调用 Stack 的赋值运算符重载，只要 Stack 的赋值行为正确，MyQueue 就无需显式实现自己的赋值运算符重载。这里还有一个小技巧：如果一个类显式实现了析构函数并释放资源，那么它通常也需要显式实现赋值运算符重载（以及拷贝构造函数）；否则，可以依赖编译器生成的默认版本。
#include <iostream>
using namespace std;
class Date {
public :
Date (int year = 1 , int month = 1 , int day = 1 ) {
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date (const Date& d) {
cout << " Date(const Date& d)" << endl;
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
Date& operator =(const Date& d) {
if (this != &d) {
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this ;
}
void Print () "-" << _month << "-" << _day << endl; }
private :
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main () Date d1 (2024 , 7 , 5 ) ;
Date d2 (d1) ;
Date d3 (2024 , 7 , 6 ) ;
d1 = d3;
Date d4 = d1;
return 0 ;
}
三、取地址运算符重载
3.1 const 成员函数
将 const 修饰的成员函数称之为 const 成员函数 ，const 修饰成员函数时应放在成员函数参数列表的后面。
const 实际修饰的是该成员函数隐含的 this 指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。当 const 修饰 Date 类的 Print 成员函数时 ，其隐含的 this 指针类型由 Date* const this 变为 const Date* const this。 #include <iostream>
using namespace std;
class Date {
public :
Date (int year = 1 , int month = 1 , int day = 1 ) {
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print () const "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private :
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main () Date d1 (2024 , 7 , 5 ) ;
d1. Print ();
const Date d2 (2024 , 8 , 5 ) 2. Print ();
return 0 ;
}
3.2 取地址运算符重载 取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和 const 取地址运算符重载。一般情况下，这两个函数编译器自动生成的版本已经足够使用，不需要显式实现。除非在一些特殊场景下，例如我们不希望别人获取当前类对象的真实地址，就可以自行实现这两个运算符重载，并返回一个无效或伪装的地址。
class Date {
public :
Date* operator &() {
return this ;
}
const Date* operator &() const {
return this ;
}
private :
int _year;
int _month;
int _day;
};
