c++类设计

c++和 java有很多的小点不一样，今天来总结下c++在类设计方面的知识点，并且比较下和java的异同

• 构造函数
• 复制构造函数
• 友元函数
• 虚函数
• 转换函数
• 传对象、引用、指针
• const

构造函数

一般子类构造函数的成员初始化列表中，如果没有显式调用基类的构造函数，则编译器会使用基类默认的构造函数来构造子类对象的基类部分

如上图，如果不显式调用基类的构造函数，则编译器会自动给加上基类的默认构造函数，和 java 不一样的是，c++ 不是用 super 关键字来调用基类的构造函数或者方法。c++ 使用 命名空间 的形式来调用基类的方法。如下图：

复制构造函数

c++ 和 java 第二个重大的区别即在于此。虽然 java也有深拷贝和浅拷贝的概念，但java发生拷贝只在特定的时刻，即调用 clone 方法，而 c++ 则发生的太触不及防了，以下几种情况均会调用复制构造函数：

• 将新对象初始化为一个同类对象
• 按值传递对象传递给函数
• 函数按值返回对象
• 编译器生成临时对象

一般复制构造函数是这么写的：

什么时候需要写复制构造函数呢？

使用new初始化的成员指针或者类可能包含需要修改的静态变量时，需要自己定义复制构造函数。如果不自定义，编译器就执行默认的复制构造函数，即将新对象的每个成员都初始化为原始对象相应成员的值。

问题就出在这，如果有指针成员变量，复制仅把指针指向原始对象所指的内存块，当原始对象被回收时，相应的内存块也被回收，但新对象的指针还存在，它指向一块被回收的内存，程序会报错。

和 java 类似，需要自定义复制构造函数，实现深拷贝，如上图所示代码一样，重新为自己的指针分配内存区域，而不是简单赋值

值得一提的是，使用赋值运算符也会出现这种深拷贝浅拷贝的问题，需要显式定义赋值运算符函数。

友元函数

友元函数是什么呢，就是在函数声明中添加 friend 关键字，友元函数不是成员函数，但是可以像成员函数一样，访问类中的成员变量。

友元函数一般用在什么场景呢？当类的成员函数无法实现相关功能时，只能使用友元函数上场了。比如要重写一些运算符函数时。例如，现在要把 BadString 类的 << 运算符重写下，以便直接打印对象。

 friend std::istream& operator>>(std::istream& is, BadString& s); 

运算符函数的调用格式其实和其它方法一样，如果此函数不是友元函数，则调用格式是

BadString.operator>>(cout, badstring&)
BadString>>(cout, badstring&)//上一行的简写

但我们知道，真实的格式不是这样的，而是

cout >> badstring

调用对象是 cout，它是一个istream对象，而不是BadString，所以 >> 运算符函数它不可能是BadString的成员函数，但它还要访问BadString的成员变量，怎么办呢？只能用友元函数了，这也正符合友元函数的特点，不是成员函数，却可以访问类的成员变量。

为什么 c++ 中有友元函数呢，而 java 没有。因为java 中没有这种场景，java 所有类都有个共同的基类 object，什么对象不能表示呢，如果不知道类名，则用object替代。试想下，在 java中，打印类对象，只要类重写 toString 方法即可。因为 System.out.println参数传的是 object

虚函数

虚函数，在函数声明之前添加关键字 virtual。虚函数在基类中需要被声明，子类中也需要申明。

虚函数的关键作用是多态，基类声明一个虚函数，子类也声明此虚函数，并且基类和子类都实现此虚函数。如果有指针或者引用调用此虚函数，则会根据指针或者引用的实际对象来调用真正的函数。

在c++中，如何根据类声明找到类的定义，有两种方法：

• 静态联编
• 动态联编

顾名思义，静态联编发生在编译期间，编译器根据函数的参数，返回值，名称，一一对应查找相应函数，以应对各种情况，比如函数重载

而虚函数又让这个过程更复杂了，要实现多态，只能在程序运行期间来确定指针或者引用的真实类型了，程序运行期间选择执行正确的虚函数，这就叫做动态联编

在c++中，构造函数、析构函数、友元函数是不会被子类继承的。构造函数不存在虚函数这个概念，因为基类也需要被初始化。而友元函数不是成员函数，所以不存在被继承一说。

析构函数一般要被声明为虚函数。因为子类中可能会额外添加一些指针成员变量，如果析构函数不是虚函数，那么子类被回收时，只会执行基类的析构函数，子类中的额外指针无法被回收，会有内存泄漏产生。所以，基类的析构函数一定是虚函数

当执行完子类的析构函数，然后会继续执行基类的析构函数

转换函数

如果存在一个单形参的构造函数，则赋值时可以采用一些千奇百怪的方式

单形参的构造函数，如果不用关键字 explicit 给限制下，就可以直接给对象赋值，赋值的类型即是单形参构造函数里的形参类型，例如上图中，Stone类可以使用double类作单参数调用构造函数，所以就可以直接给 Stone类赋值。其实背后的流程还是先调用单形参构造函数，生成一个临时对象后，再通过调用=运算符函数，把临时对象赋值给Stone对象

可以通过重写转换函数，例如上例中的 operator double 和 operator int，即可把对象直接赋值给相应类型，Stone重写了 double和int转换函数，所以可以直接赋值给double和int

传对象、引用、指针

c++中的传值和java的传值类似，都是在函数中构造一个临时对象，并且将临时对象赋值为实参。

所以如果是传对象的话，c++涉及到了复制拷贝函数，效率较低，而且可能达不到想要的效果，本想修改实参的相关数据，结果发现实参未有变化，一般不推荐传实参。

函数返回值，某些时候必须要返回对象，而不是指针或引用，比如常见的+运算符函数，因为要返回一个全新的对象。

如果是传引用的话，事实上这非常常见，对于类对象，c++甚至推荐使用传引用，而不是传指针。在返回引用的时候有坑，需要特别小心，返回引用，不能返回函数中临时对象的引用，因为函数一执行完，临时变量就被回收了，它的引用自然也会被回收，这会引起异常

传指针，其实传引用或者指针都能有效避免发生复制构造函数，它的效率是较高的，也不会发生传值引起的问题。但是有个小点要注意下，如果是初始化一个指针，形参就必须是指针的指针了，这和传值陷阱一样，仔细想想即可知道。多多注意观察，也可以发现这个问题，例如在 ffmpeg 中，初始化指针一定是传指针的指针

const

const用在函数中有三个位置：

• 形参，表示形参不可修改
• 返回值，表示返回一个不可修改的对象
• 函数后，表示调用此函数的对象不会被此函数修改

一般来说，如果不会修改对象，那么可以使用const，尤其是形参，因为函数的形参类型可能不会一定完全匹配，把形参设定为const，编译器可以为形参设置自动转型，自动匹配