C++類與對象深度解析（一）：從引用、內聯函數到構造析構的編程實踐

一.引用

引用的特征：1.引用必須初始化

2.本質是別名

3.函數參數傳遞

4.常引用

5.函數返回值

6.權限放大縮小平移

引用 vs 指針

二.內聯函數

關鍵點說明

三.宏函數

四.類

什么是類？

簡單的類

五.構造函數與析構函數

1. 構造函數（Constructor）

使用環境：

2. 析構函數（Destructor）

作用

示例

總結

六.this指針

1.?什么是?this?指針？

2. 為什么需要?this?指針？

3.?注意事項

七.拷貝構造函數

一、什么是拷貝構造函數？

二、淺拷貝（Shallow Copy）

什么是淺拷貝？

淺拷貝的問題

三、深拷貝（Deep Copy）

什么是深拷貝？

深拷貝解決方案

四、關鍵總結

一.引用

引用：引用不是新定義一個量而是給已存變量取一個別名，它和它引用的變量共用一塊空間

引用的特征：

1.引用必須初始化

引用必須在聲明時初始化，且不能重新綁定到其他對象。

int x = 10;
int &ref = x;  // 正確：引用必須初始化
// int &ref2;  // 錯誤：未初始化的引用

2.本質是別名

引用是變量的另一個名字，沒有獨立的內存地址，操作引用等價于操作原變量。

int x = 10;
int &ref = x;  // 正確：引用必須初始化
// int &ref2;  // 錯誤：未初始化的引用

3.函數參數傳遞

引用常用于函數參數，避免拷貝開銷且允許修改實參（替代指針的簡潔語法）。

void swap(int &x, int &y) {int temp = x;x = y;y = temp;
}int main() {int a = 1, b = 2;swap(a, b);  // 直接傳遞變量，無需取地址cout << a << " " << b;  // 輸出 2 1
}

4.常引用

常引用可以綁定到臨時對象或字面量，且不能通過引用修改原對象。

const int &r1 = 42;  // 正確：常引用可綁定到字面量
int x = 10;
const int &r2 = x;   // 正確：r2 是 x 的只讀別名
// r2 = 20;          // 錯誤：不能通過常引用修改值

5.函數返回值

引用可以作為函數返回值，但需確保返回的對象生命周期有效（避免懸空引用）。

int global = 100;int& getGlobal() {return global;  // 返回全局變量的引用（安全）
}int& dangerous() {int local = 50;return local;   // 錯誤：返回局部變量的引用（懸空引用）
}

6.權限放大縮小平移

int main()
{//權限不能放大//const int a = 0;//int& b = a;//可以只是一個拷貝const int c = 0;int d = c;//引用過程中權限可以平移或者縮小int x = 0;int& y = x;//權限的平移const int& z = x;//權限的縮小++x;//可以，因為上面是縮小了z的權限//不可以++z;double dd = 1.11;int ii = dd;//  不可以   int& rii = dd;const int& rii = dd;//臨時變量具有常性return 0;
}

引用 vs 指針

特性	引用	指針
初始化	必須初始化	可以聲明后賦值
重新綁定	不能	可以
空值	不能為空	可以為?`nullptr`
內存占用	無獨立內存地址	有自己的內存地址
語法簡潔性	直接操作對象（無需?`*`?或?`->`）	需要解引用操作符（`*`?或?`->`）

二.內聯函數

內聯函數建議編譯器將函數體直接插入調用位置（類似宏展開），以減少函數調用的開銷（壓棧、跳轉、返回等）。適用于短小且頻繁調用的函數。

#include <iostream>// 1. 使用 inline 關鍵字聲明內聯函數
inline int add(int a, int b) {return a + b;
}// 2. 類內定義的成員函數默認是內聯的
class Calculator {
public:int multiply(int a, int b) {  // 隱式內聯return a * b;}inline int subtract(int a, int b) {  // 顯式內聯return a - b;}
};int main() {int x = 5, y = 3;// 調用內聯函數 addstd::cout << "加法結果: " << add(x, y) << std::endl;  // 編譯器可能直接替換為 x + yCalculator calc;// 調用類內聯函數std::cout << "乘法結果: " << calc.multiply(x, y) << std::endl;std::cout << "減法結果: " << calc.subtract(x, y) << std::endl;return 0;
}

關鍵點說明

inline?關鍵字
用于建議編譯器將函數內聯，但最終是否內聯由編譯器決定（可通過編譯器優化選項控制，如?-O2）。
類成員函數的內聯性
- 在類內部直接定義的成員函數（如?multiply）默認是內聯的。
- 也可以在類外定義成員函數時使用?inline?關鍵字（需在頭文件中實現）。
適用場景
- 函數體短小（如 1-3 行代碼）。
- 頻繁調用且對性能敏感的場景（如循環中的操作）。
注意事項
- 避免內聯復雜函數（如遞歸函數或包含循環的函數）。
- 內聯函數定義必須對調用者可見，通常直接寫在頭文件中。

三.宏函數

?優點-- 不需要建立棧幀，提高調用效率
?缺點-- 復雜，容易出錯、可讀性差、不能調試

舉例三個問題的宏函數

以

Add(a | b, a & b); // (a | b + a & b)

為例：
以下三個有問題：

#define Add(int x, int y) return (x+y);
#define Add(x, y) x+y
#define Add(x, y) (x+y)

原因：（+ 與- 的優先級大于| 與&）

成功示范：
?

#define Add(x, y) ((x)+(y))

四.類

什么是類？

類是對象的“藍圖”或“模板”，用于定義對象的屬性（成員變量）和行為（成員函數）。
通過類可以創建具體的對象（實例），每個對象擁有獨立的屬性值。
類的核心思想是封裝：將數據和對數據的操作綁定在一起，并控制外部對數據的訪問權限。

簡單的類

#include <iostream>
using namespace std;// 定義一個 Person 類
class Person {
public: // 公有成員，外部可以直接訪問char name;  // 成員變量：姓名int age;      // 成員變量：年齡// 成員函數：顯示信息void display() {cout << "姓名: " << name << ", 年齡: " << age << endl;}
};int main() {// 創建 Person 類的對象Person person1;// 設置對象的屬性person1.name = "張三";person1.age = 25;// 調用對象的方法person1.display(); // 輸出：姓名: 張三, 年齡: 25return 0;
}

封裝：通過?private?隱藏內部細節，通過?public?提供安全接口

五.構造函數與析構函數

1. 構造函數（Constructor）

作用

在對象創建時自動調用，用于初始化對象的成員變量。
可以重載（定義多個不同參數的構造函數）。
沒有返回類型，且名稱與類名相同。

默認構造函數：無參構造函數，全缺省構造函數，編譯器默認生成的構造函數

示例

構造函數：

class Person {
public:char name;int age;// 默認構造函數（無參數）Person() {name = "Unknown";age = 0;cout << "默認構造函數被調用" << endl;}// 帶參數的構造函數Person(string n, int a) {name = n;age = a;cout << "帶參數的構造函數被調用" << endl;}
};

使用環境：

int main() {Person p1;                // 調用默認構造函數Person p2("Alice", 25);   // 調用帶參數的構造函數return 0;
}

2. 析構函數（Destructor）

作用

在對象銷毀時自動調用，用于釋放對象占用的資源（如內存、文件句柄）。
名稱是類名前加?~，沒有參數和返回類型。
不能重載（每個類只有一個析構函數）。

示例

析構函數：

class FileHandler {
private:FILE* file;
public:// 構造函數：打開文件FileHandler(const char* filename) {file = fopen(filename, "r");cout << "文件已打開" << endl;}// 析構函數：關閉文件~FileHandler() {if (file) {fclose(file);cout << "文件已關閉" << endl;}}
};

使用場景：
?

int main() {Person p1;                // 調用默認構造函數Person p2("Alice", 25);   // 調用帶參數的構造函數return 0;
}

總結

特性	構造函數	析構函數
調用時機	對象創建時	對象銷毀時
主要用途	初始化成員變量	釋放資源（如內存、文件）
重載	支持重載（多個構造函數）	不支持重載（唯一析構函數）
默認生成	未定義時編譯器生成默認構造函數	未定義時編譯器生成默認析構函數

通過合理使用構造函數和析構函數，可以確保對象在生命周期內正確初始化和清理資源，避免內存泄漏和邏輯錯誤。

六.this指針

1.?什么是?`this`?指針？

在 C++ 中，this?是一個指向當前對象的指針。

每個類的非靜態成員函數（包括構造函數和析構函數）內部都可以訪問?this。
this?指針是隱式存在的，不需要手動定義。
它的類型是?ClassName*（例如，Person*、Car*）。

class Person {
public:string name;void printName() {// 實際上等價于：cout << this->name << endl;cout << name << endl;}
};

2. 為什么需要?`this`?指針？

當你在類的成員函數中訪問成員變量或調用成員函數時，編譯器實際上是通過?this?指針來找到當前對象的成員。
例如：

class Person {
public:string name;void printName() {// 實際上等價于：cout << this->name << endl;cout << name << endl;}
};