C++类的特种函数生成机制详解

什么是特种函数？

C++中存在一些与类相关的函数，它们被称为特种函数。这些特种函数包括：构造函数、析构函数、拷贝构造函数、移动构造函数、拷贝赋值函数、移动赋值函数。这些特殊函数被特别定义，用于实现类的构造、销毁、拷贝和移动操作。

特种函数的生成机制

1. 构造函数

构造函数用于类的实例化过程。类中如果没有定义构造函数，则会生成一个默认构造函数。默认构造函数是没有参数的构造函数，它会在实例化时被调用。

class A {
public:
    A() { cout << "default constructor called" << endl; }
};
int main() {
    A a; // 调用默认构造函数
    return 0;
}

由于默认构造函数没有参数，因此我们无法在实例化时自定义构造函数的参数。当我们定义了自己的构造函数时，即使没有定义默认构造函数，编译器也会默认生成。

2. 析构函数

析构函数用于在销毁类实例时进行清理工作。析构函数的函数名前加了一个波浪号（~），用于表示它是一个特殊函数。

class A {
public:
    A() { cout << "default constructor called" << endl; }
    ~A() { cout << "destructor called" << endl; }
};
int main() {
    {
        A a; // 调用构造函数
    }   // 调用析构函数
    return 0;
}

上面的代码中，当a的作用域结束时，会自动调用析构函数。

3. 拷贝构造函数

拷贝构造函数用于在复制构造函数时用于创建新对象。如果没有定义拷贝构造函数，编译器会自动生成一个默认的拷贝构造函数。

class A {
public:
    int data;
    A() { cout << "default constructor called" << endl; }
    A(const A& other) { data = other.data; cout << "copy constructor called" << endl; }
};
int main() {
    A a1;
    A a2 = a1; // 调用拷贝构造函数
    return 0;
}

上面的代码中，变量a2的赋值语句会调用a1的拷贝构造函数，并将值复制给a2。

4. 移动构造函数

移动构造函数用于实现移动构造语义。移动构造函数也可以由编译器自动生成。

class A {
public:
    int data;
    A() { cout << "default constructor called" << endl; }
    A(A&& other) { data = other.data; cout << "move constructor called" << endl; }
};
int main() {
    A a1;
    A a2 = std::move(a1); // 调用移动构造函数
    return 0;
}

上面的代码中，用std::move将a1强制转换为右值，调用移动构造函数生成一个新对象。

5. 拷贝赋值函数

拷贝赋值函数用于在对象赋值时进行数据拷贝。如果没有定义拷贝赋值函数，编译器会自动生成一个默认的拷贝赋值函数。

class A {
public:
    int data;
    A() { cout << "default constructor called" << endl; }
    A& operator=(const A& other) { data = other.data; cout << "copy assign operator called" << endl; return *this; }
};
int main() {
    A a1, a2;
    a2 = a1; // 调用拷贝赋值函数
    return 0;
}

上面的代码中，a2=a1会调用a2的拷贝赋值函数，并将a1的值复制给a2。

6. 移动赋值函数

移动赋值函数用于在对象移动时进行数据移动。移动赋值函数也可以由编译器自动生成。

class A {
public:
    int data;
    A() { cout << "default constructor called" << endl; }
    A& operator=(A&& other) { data = other.data; cout << "move assign operator called" << endl; return *this; }
};
int main() {
    A a1, a2;
    a2 = std::move(a1); // 调用移动赋值函数
    return 0;
}

上面的代码中，用std::move将a1强制转换为右值，调用移动赋值函数并将数据移动到a2中。

示例说明

示例一

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
    public:
        int data;
        A(int x)
        {
            data = x;
            cout << "构造函数" << endl;
        }
        ~A()
        {
            cout << "析构函数" << endl;
        }
        A& operator=(const A& a)
        {
            data = a.data;
            cout << "重载拷贝赋值函数" << endl;
            return *this;
        }
};
int main()
{
    A a1(10);
    A a2(20);
    A a3(a2);
    a1 = a3;
    return 0;
}

输出结果：

构造函数
构造函数
构造函数
重载拷贝赋值函数
析构函数
析构函数
析构函数

上面的代码中使用了自定义的构造函数、析构函数和拷贝赋值函数。运行结果可以看出，在定义时调用了构造函数，变量被销毁时调用了析构函数，在赋值时调用了拷贝赋值函数。

示例二

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    int data;
    A(int x)
    {
        data = x;
        cout << "构造函数" << endl;
    }
    ~A()
    {
        cout << "析构函数" << endl;
    }
    A(A&& a)
    {
        data = a.data;
        cout << "重载移动构造函数" << endl;
    }
    A& operator=(A&& a)
    {
        data = a.data;
        cout << "重载移动赋值函数" << endl;
        return *this;
    }
};
void fun(A a)
{
    return;
}
int main()
{
    A a(10);
    fun(std::move(a));
    return 0;
}

输出结果：

构造函数
重载移动构造函数
析构函数
析构函数

这个例子展示了移动构造函数和移动赋值函数的用例。在函数调用时，使用std::move将对象转换为右值，触发了移动构造函数的调用。在函数返回时，a对象被销毁了，同时触发了移动赋值函数的调用。

总结

特种函数是在类定义中被定义的函数，用于实现类的构造、销毁、拷贝和移动。特种函数可以自己定义，也可以由编译器自动生成。对于每一个函数的生成，编译器都遵循了一定的规则，我们需要了解和掌握这些规则，才能更好地使用它们。