建構子與解構子

建構子定義

在定義物件時，如何進行初始化？物件的初始化方法需要在程式中規定好，為此，C++ 語法提供了一個特殊的機制——建構子。

例 4_1-2：建構子

// 類別定義
class Clock {
public:
    Clock(int newH, int newM, int newS); // 建構子
    void setTime(int newH, int newM, int newS);
    void showTime();
private:
    int hour, minute, second;
};

建構子的實現

Clock::Clock(int newH, int newM, int newS) : hour(newH), minute(newM), second(newS) { }

int main() {
    Clock c(0, 0, 0); // 自動調用建構子
    c.showTime();
    return 0;
}

類別的定義

class Clock {
public:
    Clock(int newH, int newM, int newS); // 建構子
    Clock(); // 預設建構子
    void setTime(int newH, int newM, int newS);
    void showTime();
private:
    int hour, minute, second;
};

Clock::Clock() : hour(0), minute(0), second(0) { } // 預設建構子

int main() {
    Clock c1(0, 0, 0); // 調用有參數的建構子
    Clock c2; // 調用無參數的建構子
    ......
}

建構子的作用

在物件被創建時使用特定的值來構造物件，將物件初始化為一個特定的初始狀態。
例如：希望在構造一個 Clock 類別物件時，將初始時間設為 0:0:0，就可以通過建構子來設定。

建構子的形式

函數名稱與類別名稱相同；
不能定義返回值類型，也不能有 return 語句；
可以有形式參數，也可以沒有形式參數；
可以是內聯函數；
可以重載；
可以帶預設參數值。

建構子的調用時機

在物件創建時自動調用。例如：
```
Clock myClock(0, 0, 0);
```

預設建構子

調用時不需要實參的建構子
- 參數表為空的建構子
- 全部參數都有預設值的建構子
下面兩個都是預設建構子，如在類別中同時出現，將產生編譯錯誤：
```
Clock();
Clock(int newH = 0, int newM = 0, int newS = 0);
```

隱含生成的建構子

如果程式中未定義建構子，編譯器將在需要時自動生成一個預設建構子。

參數列表為空，不為資料成員設定初始值；
如果類別內定義了成員的初始值，則使用類別內定義的初始值；
如果沒有定義類別內的初始值，則以預設方式初始化；
基本類型的資料預設初始化的值是不確定的。

“=default”

如果類別中已定義建構子，預設情況下編譯器就不再隱含生成預設建構子。如果此時依然希望編譯器隱含生成預設建構子，可以使用 “=default”。

範例：

class Clock {
public:
    Clock() = default; // 指示編譯器提供預設建構子
    Clock(int newH, int newM, int newS); // 建構子
private:
    int hour, minute, second;
};

委託建構子

類別中往往有多個建構子，只是參數表和初始化列表不同，其初始化演算法都是相同的，這時，為了避免程式碼重複，可以使用委託建構子。

回顧

Clock 類別的兩個建構子：

Clock(int newH, int newM, int newS) : hour(newH), minute(newM), second(newS) { }
Clock::Clock() : hour(0), minute(0), second(0) { } // 預設建構子

委託建構子

委託建構子使用類別的其他建構子執行初始化過程。

範例：

Clock(int newH, int newM, int newS) : hour(newH), minute(newM), second(newS) { }
Clock() : Clock(0, 0, 0) { }

複製建構子

我們經常需要用一個已存在的物件，去初始化新的物件，這時就需要一種特殊的建構子——複製建構子。

預設的複製建構子可以實現對應資料成員的一一複製；
自訂的複製建構子可以實現特殊的複製功能。

例 4-2：Point 類別

class Point {   // Point 類別的定義
public:
    Point(int xx = 0, int yy = 0) { x = xx; y = yy; }    // 建構子，內聯
    Point(const Point& p); // 複製建構子
    void setX(int xx) { x = xx; }
    void setY(int yy) { y = yy; }
    int getX() const { return x; } // 常函數（第5章）
    int getY() const { return y; } // 常函數（第5章）
private:
    int x, y; // 私有資料
};

//複製建構子的實現
Point::Point(const Point& p) {
x = p.x;
y = p.y;
cout << "Calling the copy constructor " << endl;
}

//形參為 Point 類別物件的函數
void fun1(Point p) {
    cout << p.getX() << endl;
}

//返回值為 Point 類別物件的函數
Point fun2() {
    Point a(1, 2);
    return a;
}

int main() {
    Point a(4, 5); 
    Point b(a);   // 用 a 初始化 b。
    cout << b.getX() << endl;
    fun1(b);      // 物件 b 作為 fun1 的實參
    b = fun2();   // 函數的返回值是類別物件
    cout << b.getX() << endl;
    return 0;
}

複製建構子的定義

複製建構子是一種特殊的建構子，其形參為本類別的物件引用。作用是用一個已存在的物件去初始化同類型的新物件。

class 類名 {
public:
    類名（形參）； // 建構子
    類名（const 類名& 物件名）； // 複製建構子
    // ...
};

類名::類名（const 類名& 物件名） // 複製建構子的實現
{   
    函數體    
}

隱含的複製建構子

如果程式設計師沒有為類別聲明複製建構子，則編譯器自己生成一個隱含的複製建構子。
這個建構子執行的功能是：用作為初始值的物件的每個資料成員的值，初始化將要建立的物件的對應資料成員。

“=delete”

如果不希望物件被複製建構：

C++98 做法：將複製建構子聲明為 private，並且不提供函數的實現。
C++11 做法：用 “=delete” 指示編譯器不生成預設複製建構子。

範例：

class Point {   // Point 類別的定義
public:
    Point(int xx = 0, int yy = 0) { x = xx; y = yy; }    // 建構子，內聯
    Point(const Point& p) = delete;  // 指示編譯器不生成預設複製建構子
private:
    int x, y; // 私有資料
};

複製建構子被調用的三種情況

定義一個物件時，以本類別的另一個物件作為初始值，發生複製建構；
如果函數的形參是類別物件，調用函數時，將使用實參物件初始化形參物件，發生複製建構；
如果函數的返回值是類別物件，函數執行完成返回主調函數時，將使用 return 語句中的物件初始化一個臨時無名物件，傳遞給主調函數，此時發生複製建構。
- 這種情況如何避免不必要的複製？

左值與右值

左值：是位於賦值語句左側的物件變數。

右值：是位於賦值語句右側的值，右值不依附於物件。

int i = 42; // i 是左值，42 是右值
int fooBar(); 
int j = fooBar(); // fooBar() 是右值

左值和右值之間的轉換

int i = 5, j = 6; // i 和 j 是左值
int k = i + j; // 自動轉化為右值表達式

右值引用

對持久存在變數的引用稱為 左值引用，用 & 表示（即第3章引用類型）。

對短暫存在可被移動的右值的引用稱之為 右值引用，用 && 表示。

float n = 6;
float &lr_n = n; // 左值引用
float &&rr_n = n;  // 錯誤，右值引用不能綁定到左值
float &&rr_n = n * n; // 右值表達式綁定到右值引用

通過標準庫 <utility> 中的 move 函數可將左值物件移動為右值：
```
float n = 10;
float &&rr_n = std::move(n);  // 將 n 轉化為右值
```
- 使用 move 函數承諾除對 n 重新賦值或銷毀外，不以 rr_n 以外方式使用。

移動建構子

基於右值引用，移動建構子通過移動資料的方式構造新物件。與複製建構子類似，移動建構子的參數為該類別物件的右值引用。範例如下：
```
#include<utility>

class astring {
public:
    std::string s;
    astring(astring&& o) noexcept : s(std::move(o.s)) // 顯式移動所有成員
    { 函數體 }
}
```
- 移動建構子不分配新記憶體，理論上不會報錯，為配合異常捕獲機制，需聲明 noexcept 表明不會拋出異常（將於第12章異常處理介紹）。
- 被移動的物件不應再使用，需要銷毀或重新賦值。

解構子

解構子是在物件的生命週期結束時自動執行的特殊成員函數，主要用來完成物件被銷毀前的一些清理工作。
自動調用：當物件的作用域結束或被顯式刪除時，系統會自動調用解構子，然後釋放該物件所佔用的記憶體空間。
預設解構子：如果程式中沒有明確定義解構子，編譯器將自動產生一個預設的解構子，其函數體為空。

範例：

#include <iostream>
using namespace std;

class Point {
public:
    Point(int xx, int yy);  // 建構子
    ~Point();               // 解構子
    //...其他函數原型
private:
    int x, y;
};

Point::Point(int xx, int yy) {
    x = xx;
    y = yy;
}

Point::~Point() {
    cout << "Destructor called for Point(" << x << ", " << y << ")" << endl;
}

在這個例子中，Point 類別定義了一個建構子和一個解構子。當物件被創建時，建構子會被調用以初始化資料成員；當物件的生命週期結束時，解構子會被自動調用以執行一些清理工作。

Curriculum

建構子與解構子

建構子定義

例 4_1-2：建構子

建構子的實現

類別的定義

建構子的作用

建構子的形式

建構子的調用時機

預設建構子

隱含生成的建構子

“=default”

委託建構子

回顧

委託建構子

複製建構子

例 4-2：Point 類別

複製建構子的定義

隱含的複製建構子

“=delete”

複製建構子被調用的三種情況

左值與右值

右值引用

移動建構子

解構子

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