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赵加文 · 2021年02月09日

适合具备 C 语言基础的 C++ 入门教程（二）

嵌入式系统

前言

在上一则教程中，通过与 C 语言相比较引出了 C++ 的相关特性，其中就包括函数重载，引用，this 指针，以及在脱离 IDE 编写 C++ 程序时，所要用到的 Makefile的相关语法。本节所要叙述的是 C++的另外两个重要的特性，也就是构造函数和析构函数的相关内容，这两部分内容也是有别于 c语言而存在的，也是 c++的一个重要特性。

构造函数

类的构造函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次创建新的对象的时候执行，构造函数的名称和类的名称是完全相同的，并不会返回任何的类型，也不会返回 void。构造函数可以用于为某些成员变量设置初始值。

比方说，我们现在有如下所示的一段代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class Person{
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;
    
public:
    Person() {cout << "Person()" << endl;}
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Person per;
    
    return 0;
}

在主函数中，定义 Person per 的同时，就会自动地调用 Person() 函数，那么不难猜出，执行 test 文件地时候，输出结果如下：

image-20210113124209248

上述地构造函数并没有参数，实际上在构造函数是可以具有参数的，具体的看如下所示的代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
private:
    char *name;
    int age;
public:
    Person(char *name, int age)
    {
        cout << "Person(char *,int)" << endl;
        this->name = name;
        this->age = age;
    }
    
    Person(){cout << "Person()" << endl;}
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Person per;
    Person per2("zhangsan",18);
    
    return 0;
}

上述代码中，定义第一个 Person 实例的时候，就会自动地调用无形参地构造函数，当实例化第二个 Person 类地时候，就会自动地调用有形参地构造函数。

这个时候，运行函数地输出结果如下所示：

image-20210113125016221

可以看到调用构造函数的顺序是和实例化对象的顺序是一致的。

构造函数除了可以有形参，也可以有默认的形参，比如说下面这段代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
private:
    char *name;
    int age;
public:
    Person(char *name, int age, char *work = "none")
    {
        cout << "Person(char *,int)" << endl;
        this->name = name;
        this->age = age;
        this->work = work;
    }
    
    Person(){cout << "Person()" << endl;}
    
    void printInfo(void)
    {
        cout << "name =" << name << ",age = "<< age << ",work ="<< work << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Person per;
    Person per2("zhangsan",18);
    Person per3();
    
    per2.printInfo();
    
    return 0;
}

上述代码中，第一条代码和第二条代码创建了两个 Person 实例，在创建时依次调用构造函数，这里需要注意的是，第三条语句，这条语句看起来像是实例化了一个 per3 对象，但是 per3 括号里并没有实参，这其实是定义了一个函数，函数的形参为void，返回值为 Person ，并非是一个对象。这里还需要注意的一点是 per2 对象，它在调用构造函数时，形参有一个默认值，所以最终，程序输出的结果如下所示：

image-20210113131653000

在实例化对象的时候，我们也可以通过定义指针的形式实现，下面代码是上述代码的一个改进，并且以指针的形式实例化了对象，代码如下所示：

#include <iostream>
#include <string.h>

using namespace std;

class Person
{
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;
    
public:
    Person(){cout << "person()" << endl;}
    Person(char *name,int age, char *work)
    {
        cout << "Person(char *,int, char *)" << endl;
        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name,name);
        this->age = age;
        this->work = new char[strlen(work) + 1];
        strcpy(this->work,work);
    }
    
    void printInfo(void)
    {
        cout << "name is:" << name << ",age is:" << age << ",work is:" << work << endl;
    }
};

int main(int argc,char *argv)
{
    Person per("zhangsan",18,"teacher");
    Person per2;
    
    Person *per4 = new Person;
    Person *per5 = new Person(); /* 这两种方式定义的效果是一样的 */
    
    Person *per6 = new Person[2];
    
    Person *per7 = new Person("lisi", 18,"doctor");
    per.printInfo();
    per7.printInfo();
    
    delete per4;
    delete per5;
    delete []per6;
    delete per7;
}

上述代码中，使用了new 来分配给对象空间，再分配完之后，系统会自动的进行释放，或者说是使用手动的方式进行释放内存，在手动释放内存的时候，我们采用 delete 的方式来进行释放，当创建了两个指针数组的时候，在手动释放的时候，要在指针变量前面加上 [],在实例化指针对象的时候，也可以带上参数或者说是不带参数。下面是上述代码的运行结果：

image-20210114125841211

析构函数

析构函数的引出

上述我们知道，在函数运行完之后，用 new 分配到的空间才会被释放掉，那么如果是在函数调用里用 new 获取到的空间会随着函数调用的结束而释放么，我们现在来做这样一个实验，把上述中的代码中的主函数写成 test()函数，然后在 main() 函数里调用。

代码如下所示：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

class Person
{
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;
    
public:
    Person(){cout << "person()" << endl;}
    Person(char *name,int age, char *work)
    {
        cout << "Person(char *,int, char *)" << endl;
        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name,name);
        this->age = age;
        this->work = new char[strlen(work) + 1];
        strcpy(this->work,work);
    }
    
    void printInfo(void)
    {
        //cout << "name is:" << name << ",age is:" << age << ",work is:" << work << endl;
    }
};

void test(void)
{
    Person per("zhangsan",18,"teacher");
    Person per2;
    
    Person *per4 = new Person;
    Person *per5 = new Person(); /* 这两种方式定义的效果是一样的 */
    
    Person *per6 = new Person[2];
    
    Person *per7 = new Person("lisi", 18,"doctor");
    per.printInfo();
    per7->printInfo();
    
    delete per4;
    delete per5;
    delete []per6;
    delete per7;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        test();
    cout << "run test end" << endl;
    sleep(10);
    return 0;
}

这是运行前的空闲内存的大小：

image-20210114133025365

紧接着是函数运行完 100 0000 次的 test 函数之后的空闲内存大小：

image-20210114133140216

然后，是主函数运行完之后，推出主函数之后，空闲的内存剩余量：

image-20210114133241325

总结以下就是，在子函数里用 new 分配给局部变量的空间，具体来说在上述代码中的体现就是用 new给 this->name分配的空间。也就是在主函数没有运行完是不会被释放掉的，也就是说只有在主函数运行完之后，子函数里用 new 分配的空间才会被释放掉，因此，如果想要在子函数调用完之后就释放掉用 new 分配的空间，就需要编写代码来实现。而这个操作， C++ 提供了析构函数来完成，下面是使用析构函数来进行释放内存的代码：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

class Person
{
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;
    
public:
    Person(){cout << "person()" << endl;}
    Person(char *name,int age, char *work)
    {
        cout << "Person(char *,int, char *)" << endl;
        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name,name);
        this->age = age;
        this->work = new char[strlen(work) + 1];
        strcpy(this->work,work);
    }
    
    ~Person()
    {
        if (this->name)
            delete this->name;
        if (this->work)
            delete this->work;
    }
    
    void printInfo(void)
    {
        //cout << "name is:" << name << ",age is:" << age << ",work is:" << work << endl;
    }
};

void test(void)
{
    Person per("zhangsan",18,"teacher");
    Person per2;
    
    Person *per4 = new Person;
    Person *per5 = new Person(); /* 这两种方式定义的效果是一样的 */
    
    Person *per6 = new Person[2];
    
    Person *per7 = new Person("lisi", 18,"doctor");
    per.printInfo();
    per7->printInfo();
    
    delete per4;
    delete per5;
    delete []per6;
    delete per7;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        test();
    cout << "run test end" << endl;
    sleep(10);
    return 0;
}

下述就是代码运行之前，和主函数在休眠的时候的剩余内存的容量，可以看出，剩余内存的容量是一样的，换句话说，也就是在 test()函数运行完成之后，用 new 分配的空间就已经被释放掉了，就算执行了 1000000 次也没有造成内存泄漏。这也说明了我们的析构函数是有作用的。

image-20210115130212394

析构函数在什么地方被调用

上述析构函数的存在避免了内存泄漏，那么析构函数是在什么时候被调用的呢，用一句话描述就是：在实例化对象被销毁的前一瞬间被调用的，另外还要注意的是构造函数可以有很多个，有参的，无参的构造函数，但是对于析构函数来讲，它只有一个，并且它是无参的。具体的来看如下所示的代码，在刚才那段代码的基础上，我们添加一些打印信息，从而推断我们析构函数调用的位置：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

class Person
{
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;
    
public:
    Person()
    {
        name = NULL;
        work = NULL;
    }
    Person(char *name,int age, char *work)
    {
        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name,name);
        this->age = age;
        this->work = new char[strlen(work) + 1];
        strcpy(this->work,work);
    }
    
    ~Person()
    {
        cout << "~Person()" << endl;
        if (this->name)
        {
            delete this->name;
            cout << "The name is:" << name << endl;   
        }
        if (this->work)
        {
            delete this->work;
            cout << "The work is:" << work << endl;
        }
    }
    
    void printInfo(void)
    {
        //cout << "name is:" << name << ",age is:" << age << ",work is:" << work << endl;
    }
};

void test(void)
{
    Person per("zhangsan",18,"teacher");
    
    Person *per7 = new Person("lisi", 18,"doctor");
    delete per7;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    test();
    return 0;
}

我们来看输出的结果:

image-20210115132418481

通过上面的输出结果可以知道，先输出的是lisi，后输出的是 zhangsan,而在实例化对象的时候，是先创建的 per 对象，并初始化为 zhangsan，后创建的 per7 对象，并初始化为 lisi，再调用析构函数的时候顺序却是颠倒过来的。因此，总结以下就是：

per 这个实例化对象是在 test()函数执行完之后，再调用的析构函数，而对于 per7对象来说，是在执行 delete per7这条语句之后调用的析构函数，所以也就有了上述的输出结果。

另外，引出一点，如果我们在上述的代码中把delete per7这条语句给注释掉，那么会怎么样呢，下图是去掉该语句之后的结果：

image-20210115133215468

我们看到，上述就只执行了 zhangsan的析构函数，并没有执行 lisi 的析构函数，这也告诉我们，在使用 new 创建的实例化对象，必须使用 delete 将其释放掉，如果没有使用 delete 来将其释放，那么在系统退出之后，会自动地释放掉它地内存，但是这个时候是不会调用它地析构函数的。

最后，关于构造函数和析构函数，如果类里没有实现任何构造函数和析构函数，那么其系统本身会调用一个默认的构造函数和析构函数。那么，除了默认的构造函数和默认的析构函数，还存在一个默认的拷贝构造函数，接下来，来叙述这个拷贝构造函数。

拷贝构造函数

默认拷贝构造函数

我们直接来看这样一段代码：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

class Person {
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;

public:

    Person() {//cout <<"Pserson()"<<endl;
        name = NULL;
        work = NULL;
    }
    Person(char *name) 
    {
        //cout <<"Pserson(char *)"<<endl;
        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name, name);
        this->work = NULL;
    }

    Person(char *name, int age, char *work = "none") 
    {
        //cout <<"Pserson(char*, int)"<<endl;
        this->age = age;

        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name, name);

        this->work = new char[strlen(work) + 1];
        strcpy(this->work, work);
    }

    ~Person()
    {
        cout << "~Person()"<<endl;
        if (this->name) {
            cout << "name = "<<name<<endl;
            delete this->name;
        }
        if (this->work) {
            cout << "work = "<<work<<endl;
            delete this->work;
        }
    }

    void printInfo(void)
    {
        //printf("name = %s, age = %d, work = %s\n", name, age, work); 
        cout<<"name = "<<name<<", age = "<<age<<", work = "<<work<<endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Person per("zhangsan", 18);
    Person per2(per);

    per2.printInfo();

    return 0;
}

在主函数的第二行代码中，我们可以看到我们创建了一个实例，并且传入的参数是 per，但是我们看类里面的代码实现，并没有发现有一个构造函数的形参为 Person ，那这个时候，会发生什么函数调用呢，实际上是会调用一个系统的默认构造函数，这个默认的构造函数会进行值拷贝，会将 per中的内容拷贝到 per2中去，下图是这个过程的一个示意图：

image-20210117015212259.png

通过上图可以看到，在执行默认的拷贝构造函数的时候，执行的是值拷贝，那么相应的，per 的 name 也就指向了 address1，per2 的 name 同样也指向了 adress，从而完成了值拷贝的过程，下面是代码运行的结果：

image-20210117015527675

可以看到，在输出 per2 的内容的时候，输出的是 per 的初始化内容，在主函数运行完之后，就要执行析构函数来释放使用 new 分配的空间，首先是释放 per 的内容，然后紧接着是释放 per2的内容，但是在刚刚的叙述中，使用默认构造函数进行拷贝的时候，使用的是值拷贝，从而造成的效果是 per2 的 name 和 work 指向的地址是 per 中的同一块地址，这样，在执行析构函数的时候，同一块内存空间就会被释放两次，从而导致错误。因此，使用默认的拷贝构造函数存在一定的问题，也就需要我们自己来定义拷贝构造函数，下面介绍自定义的拷贝构造函数。

自定义拷贝构造函数

我们根据在上述代码的基础上，修改得到我们自定义的拷贝构造函数如下：

#include <iostream>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

class Person {
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;

public:

    Person() {//cout <<"Pserson()"<<endl;
        name = NULL;
        work = NULL;
    }
    Person(char *name) 
    {
        //cout <<"Pserson(char *)"<<endl;
        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name, name);
        this->work = NULL;
    }

    Person(char *name, int age, char *work = "none") 
    {
        cout <<"Pserson(char*, int)"<<endl;
        this->age = age;

        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name, name);

        this->work = new char[strlen(work) + 1];
        strcpy(this->work, work);
    }
    
    Person(Person &per) 
    {
        cout <<"Pserson(Person &per)"<<endl;
        this->age = per.age;

        this->name = new char[strlen(per.name) + 1];
        strcpy(this->name, per.name);

        this->work = new char[strlen(per.work) + 1];
        strcpy(this->work, per.work);
    }

    ~Person()
    {
        cout << "~Person()"<<endl;
        if (this->name) {
            cout << "name = "<<name<<endl;
            delete this->name;
        }
        if (this->work) {
            cout << "work = "<<work<<endl;
            delete this->work;
        }
    }

    void printInfo(void)
    {
        //printf("name = %s, age = %d, work = %s\n", name, age, work); 
        cout<<"name = "<<name<<", age = "<<age<<", work = "<<work<<endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Person per("zhangsan", 18);
    Person per2(per);

    per2.printInfo();

    return 0;
}

上述中，我们编写了一个拷贝构造函数，函数的形参是 Person 类的引用，然后我们在主函数中传入 per 实参，程序执行的结果如下图所示：

image-20210117234707175

通过图片代码的运行结果我们也可以知道，在执行主函数的第二行代码的时候，调用了默认的拷贝构造函数。

对象的构造顺序

在上述代码的基础上，比如说我们存在如下几个实例化对象。

Person per_g("per_g", 10);

void func(void)
{
    Person per_func("per_func",11);
    static Person per_func_s("per_func_s",11);
}

int main(int argc,char **argv)
{
    Person per_main("per_main",11);
    static Person person_main_s("person_main_s",11);
    
    for (int i = 0; i < 2; i++)
    {
        func();
        Person per_for("per_for",i);
    }
    
    return 0;
}

紧接着，我们来看上述代码的执行结果，结果如下图所示：

image-20210118000045599

通过上述的结果，我们可以得出：

实例化类的构造顺序是按照定义的顺序进行构造的，全局的实例化对象会在主函数执行前被构造，然后紧接着构造的是在主函数定义的实例化对象 per_main 和 per_main_s，构造的顺序不会因为其实例化对象是 static 而发生改变，紧接着就是函数 func里面的 per_func和 per_func_s。在退出 func的时候，会释放掉 func中的局部变量，这个时候会调用 per_func的析构函数，但是这时是不会释放掉 func中的 per_func_s，因为它是 static 的，紧接着会构造 per_for对象，当一个 for循析构函数。环执行完毕之后，就会将刚刚那个构造的 per_for对象释放掉，也就是会调用析构函数。紧接着，我们继续调用 func 函数，在 func函数里面，会执行 per_fun的构造函数，但是不会执行 per_fun_s的构造函数，因为已经构造过了，在最后，主函数运行完毕之后，以此释放实例化的空间，首先会释放掉 per_main，然后释放 per_main_s，紧接着释放全局变量的空间per_g。

在类里初始化类对象

在刚刚说到的类里面，我们继续添加新的代码，同样的，我们有如下所示的这样一个类：

class
{
private:
    Person father;
    Person mother;
    int student_id;
public:
    Student(int id, char *father, char *mother, int father_age = 49, int mother_age = 39) : mother(mother,mother_age),father(father,father_age)
    {
        cout << "Student(int id, char *father, char *mother, int father_age, int mother_age)" << endl;
    }
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Student s(100,"Bill","Lisa")
        
    return 0;
}

上述代码运行就会输出如下所示的信息：

image-20210119131136755

这样的操作，就会首先调用的是 father的构造函数，然后，紧接着再调用的是 mother的构造函数，然后，才是调用的 Student的构造函数，在主函数执行完毕之后，执行析构函数的顺序又和刚刚的相反。

小结

上述便是关于 C++比较核心的两个概念，构造函数以及析构函数两大特性，除了讲述了两大特性的基本概念之外，也叙述了为什么要适用析构函数，以及析构函数调用的位置，同时也叙述了拷贝构造函数的相关内容。在本节的末尾也讲述了构造的顺序以及析构的顺序，最后，给出了一种在类里面初始化类对象的一种方法。

本节所涉及的代码可以通过百度云链接的方式获取到，链接：https://pan.baidu.com/s/1v4EI...
提取码：dcnq
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