C++. Конструкторы, оператор присваивания и деструктор

Время чтения: 8 минут

Я буду основываться на коде, приведённом в основной статье про классы.

В основной статье я показал как создать класс и конструктор для него:

class Coffee
{
public:
	Coffee(const char *type, int temperature, int volume)
	{ 
		m_temperature = temperature;
		m_volume = volume;
		// Выделяем память под строку
		m_type = (char*)malloc(strlen(type));
		// Копируем type в m_type
		strcpy(m_type, type);
	}
    ...

Разница между инициализацией и присваиванием

Прежде чем мы пойдём дальше, я хочу показать один принципиальный момент. Видишь ли ты разницу между заданием значений для переменной “a” и “b”?

// Создание переменной (хранит неизвестное значение)
int a;
// Присваивание значения
a = 5;
// Инициализация переменной значением 5
int b = 5;

Для переменной “a” мы выполняем две операции: создание и присваивание. Для переменной “b” только одну – создание переменной со значением 5.

С примитивными типами (int, double и т.д.) это не даёт сильного прироста, но при инициализации объектов это реально даёт выигрыш в производительности.

Сейчас в классе у нас все переменные заполняются как переменная “a” – давай поправим это, и будем их сразу инициализировать:

class Coffee
{
public:
	Coffee(const char *type, int temperature, int volume) :
        m_temperature(temperature),
        m_volume(volume)
	{ 
		// Выделяем память под строку
		m_type = (char*)malloc(strlen(type));
		// Копируем type в m_type
		strcpy(m_type, type);
	}
    ...

Пишем двоеточие после сигнатуры конструктора, и перечисляем через запятую все конструкторы, которые хотим вызвать для наших полей (да, у обычных полей тоже есть что-то вроде конструктора).

m_type так не проинициализируешь – ему нужно выделять память, а потом копировать строку.

Старайся в любой возможности инициализировать переменные при их создании.

Конструктор с параметрами

Так вот, конструктор, который я использовал, называется “конструктор с параметрами”.

Чтобы создать объект через конструктор с параметрами, надо при создании объекта указать в параметрах необходимые параметры:

Coffee params_coffee("latte", 50, 200);

Ладно, поехали дальше. Есть конструктор с параметрами – наверно есть и без параметров?

Конструктор без параметров

class Coffee
{
public:
	Coffee() :
        m_temperature(70),
        m_volume(200)
	{ 
		// Выделяем память под строку
		m_type = (char*)malloc(strlen(type));
		// Копируем type в m_type
		strcpy(m_type, "latte");
	}
    ...

Из-за того, что в параметрах ничего не передаётся, в поля присваиваются произвольные значения.

Такой конструктор вызовется, если при создании объекта ничего не передавать:

Coffee no_params_coffee;

Множество конструкторов в одном классе

Одновременно в классе может быть определён один конструктор без параметров и множество конструкторов с параметрами:

class Coffee
{
public:
	Coffee() {...} // #0
	Coffee(const char *type, int temperature, int volume) {...} // #1
	Coffee(const char *type) {...} // #2
	Coffee(int temperature, int volume) {...} // #3
    ...

Вот как они будут вызываться:

Coffee c0;
Coffee c1("cappucino", 50, 150);
Coffee c2("cappucino");
Coffee c3(60, 150);

Такое изобилие конструкторов работает благодаря перегрузке функций.

Кстати, кроме инициализации полей, мы можем вызывать другие конструкторы:

class Coffee
{
public:
    // Конструктор без параметров
	Coffee() :
        Coffee("latte", 70, 200)
	{}
    // Конструктор с параметрами
	Coffee(const char *type, int temperature, int volume) :
        m_temperature(temperature),
        m_volume(volume)
	{ 
		// Выделяем память под строку
		m_type = (char*)malloc(strlen(type));
		// Копируем type в m_type
		strcpy(m_type, type);
	}
    ...

Иногда это очень удобно, и позволяет избежать дублирования кода – в этом примере я описал логику копирования строки только в одном месте.

Конструктор с параметрами по умолчанию

Также, из вводной статьи можно вспомнить, что в C++ теперь можно указывать значения по умолчанию для параметров функций. Для методов это тоже работает:

class Coffee
{
public:
	Coffee(const char *type="latte", int temperature=70, int volume=200) :
        m_temperature(temperature),
        m_volume(volume)
	{ 
		// Выделяем память под строку
		m_type = (char*)malloc(strlen(type));
		// Копируем type в m_type
		strcpy(m_type, type);
	}
    ...

С помощью одного конструктора с параметрами по умолчанию, можно покрыть сразу множество различных наборов параметров:

// Вызов конструктора с параметрами - все параметры по умолчанию
Coffee params_coffee_0;
// Вызов конструктора с параметрами - все параметры, кроме type, по умолчанию
Coffee params_coffee_1("latte");
// Вызов конструктора с параметрами - volume по умолчанию
Coffee params_coffee_2("latte", 50);
// Вызов конструктора с параметрами - все параметры указаны
Coffee params_coffee_3("latte", 50, 200);

Я показал самые основные и полезные способы использования конструкторов.

Однако, на этом история про конструкторы не заканичивается – давай занырнём поглубже.

Методы генерируемые компилятором

Компилятор для каждого класса генерирует следующие методы:

• Конструктор без параметров – его называют “конструктор по умолчанию”
• Конструктор копирования – вызывается, если в параметрах указан другой объект
• Оператор присваивания – вызывается, если был использован оператор “=” для существующего объекта
• Деструктор

Если ты определишь хоть какой-то конструктор (с параметрами или без), то конструктор по умолчанию не будет сгенерирован.

Конструктор копирования, оператор присваивания и деструктор, не будут генерироваться только в случае, если ты сам их определишь.

Чтобы мы знали врага в лицо, давай представим что в нашем классе Coffee вообще не определён конструктор – в таком случае:

// Создаю объект через конструктор по умолчанию
Coffee default_coffee;
// Создаю объект через конструктор копирования (передаю объект в параметры)
Coffee copy_coffee(default_coffee);
// Другой способ вызова конструктора копирования
Coffee another_copy_coffee = default_coffee;
// Вызов оператора присваивания (вызывается только для уже созданного объекта)
Coffee assign_coffee;
assign_coffee = params_coffee;

Конструктор по умолчанию

Если бы я захотел определить свой конструктор, и чтобы он работал как конструктор по умолчанию, то он бы выглядел так:

Coffee() :
        m_type(0)
        m_temperature(0),
        m_volume(nullptr)
{}

Если ты не определишь ни одного конструктора, то вот такой конструктор будет вызываться при создании объекта – он занулит все поля и вызовет конструкторы по умолчанию для всех полей-объектов.

На самом деле он вызовет для полей конструкторы по умолчанию через uniform initialization, вроде m_type{}, m_temperature{}, m_volume{}. Я расскажу что это такое в будущем, но можешь глянуть, если интересно.

Если у тебя в классе есть какие-то поля, которые требуют к себе особого обращения, то это не твой вариант, и надо писать свой конструктор. Например, в нашем случае, нам надо выделить память под строку.

Конструктор копирования

По умолчанию у каждого класса существует конструктор копирования – он полностью копирует все поля объекта в другой.

Такой способ копирования называется поверхностное копирование (shallow copy) – увидев указатель, он не будет делать полную копию объекта, на который он указывает. Вместо этого, он только скопирует адрес, который лежит в указателе.

Вот пример вызова конструктора копирования для нашего класса:

int main()
{
    Coffee c1("espresso", 90, 50); 
    // Constructed 50ml cup of hot espresso coffee.
    Coffee c2 = c1;
    c1.drink(15);
    // Drank 15ml of espresso.
    c2.drink(15);
    // Drank 15ml of espresso.
    return 0;
    // Destructed espresso.
    // Destructed ma.
    // free(): double free detected in tcache 2
    // Aborted (core dumped)
}

Воу, это что произошло!?

Смотри:

• Через конструктор с параметрами создался объект c1 и выделилась память под массив
• Через конструктор копирования создался объект c2 и в него скопировались все поля из c1 (даже указатель m_type)
• При вызове деструктора с2 освобождается память под массив (локальные переменные удаляются в обратном порядке)
• При вызове деструктора c1 память под массив пытается высвободиться ещё раз, и это вызывает экстренное прерывание

Чтобы такой проблемы не было, надо создать конструктор копирования:

Coffee(Coffee &other) :
        m_temperature(temperature),
        m_volume(volume)
{
    // Выделяем память под строку
    m_type = (char*)malloc(strlen(other.m_type));
    // Копируем m_type из other в m_type
    strcpy(m_type, other.m_type);
}

В этом случае каждый объект будет хранить свой собственный массив, и освободить два раза его уже не получится… или получится?

Оператор присваивания

Тут та же история, что и с конструктором копирования – оператор присваивания делает поверхностную копию объекта, и у нас в объекте оказывается ссылка на чужой массив:

int main()
{
    Coffee c1("espresso", 90, 50); 
    // Constructed 50ml cup of hot espresso coffee.
    Coffee c2("latte", 60, 150); 
    // Constructed 150ml cup of warm latte coffee.
    c2 = c1;
    c1.drink(15);
    // Drank 15ml of espresso.
    c2.drink(15);
    // Drank 15ml of espresso.
    return 0;
    // Destructed espresso.
    // Destructed }\.
    // free(): double free detected in tcache 2
    // Aborted (core dumped)
}

Разница лишь в том, что оператор присваивания работает для уже созданного объекта, перезаписывая существующие значения.

Давайте заменим сгенерированный компилятором оператор присваивания, чтобы ничего не ломалось:

Coffee& operator=(const Coffee& other)
{
    m_temperature = other.temperature;
    m_volume = other.volume;
    // Выделяем память под строку
    m_type = (char*)malloc(strlen(other.m_type));
    // Копируем m_type из other в m_type
    strcpy(m_type, other.m_type);
}

Всё, теперь точно ничего не сломается!

Деструктор

Ну, тут всё просто – если мы не определили своего деструктора, то деструктор по умолчанию просто вызовет деструкторы полей-объектов и всё.

Подчищать за нами память никто не будет – для этого надо писать свой деструктор.

К счастью, ещё в основной статье я описал этот деструктор:

~Coffee()
{
    // Освобождаем память под строку при удалении объекта
    std::cout << "Destructed " << m_type << "." << std::endl;
    free(m_type);
}

Как видишь, никаких занулений переменных я не делаю – это ни к чему, всё равно объект вот-вот будет уничтожен. Главное подчистить за собой динамически выделенную память, чтобы не было утечек.

= default; = delete;

Ну и напоследок, совсем небольшая ремарочка – C++ даёт возможность явно указать хочешь ли ты, чтобы компилятор сгенерировал для тебя какой-либо метод по умолчанию.

Например, чтобы явно указать “сгенерируй конструктор и деструктор по умолчанию” надо написать:

class Coffee
{
    Coffee() = default;
    ~Coffee() = default;
    ...

Зачем это делать – вопрос для обсуждения. Мне кажется, что это позволяет напомнить программисту, что эти методы существуют. Больше можно прочитать здесь.

Также, можно явно указать компилятору, что вы не хотите, чтобы он генерировал какой-либо метод.

Например, чтобы указать “не создавай конструктор копирования и оператор присваивания” надо написать:

class Coffee
{
    Coffee(const Coffee& other) = delete;
    Coffee& operator(const Coffee& other) = delete;
    ...

Это позволяет защититься от копирования, если твой класс его не поддерживает.

Заключение

Итого, мы узнали:

• Разницу между инициализацией и присваиванием – стремимся к эффективности
• Конструктор с параметрами – передаём при создании
• Конструктор без параметорв – не передаём, но инициализируем в конструкторе
• Можественные конструкторы объекта – делаем столько конструкторов, сколько нам надо
• Конструктор с параметрами по умолчанию – покрываем множество комбинаций параметров
• Методы, генерируемые компилятором:
  • Конструктор по умолчанию – зануляет поля
  • Конструктор копирования – делает поверхностную копию другого объекта при создании
  • Оператор присваивания – делает поверхностную копию другого объекта для готового объекта
  • Деструктор – вызывает деструкторы у полей
• Если не хотим методы по умолчанию, то делаем свои или отменяем их генерацию через = delete;
• Можем явно указать, что используем метод по умолчанию через = default;

Если не получилось за один-два прохода осознать эту статью, то лучше вернись к ней попозже, когда под рукой будет проект, на котором можно это посмотреть вживую.

Если у тебя получилось срастить это всё в голове, то можешь считать себе мастером над конструкторами.

Дальше будет статья про спецификаторы доступа – про инкапсуляцию.