C++類的默認成員函數有哪些

# C++類的默認成員函數有哪些

## 引言

在C++面向對象編程中，類（class）是構建程序的基礎模塊。當我們定義一個類時，即使不顯式聲明某些成員函數，編譯器也會自動為我們生成一些默認的成員函數。這些默認成員函數在對象的生命周期中扮演著重要角色，理解它們的存在和行為對于編寫正確、高效的C++代碼至關重要。

本文將詳細探討C++類中的6個默認成員函數，包括它們的特性、使用場景以及注意事項，幫助開發者更好地掌握C++對象模型的核心機制。

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## 一、默認成員函數概述

### 1.1 什么是默認成員函數
默認成員函數是指當類定義中未顯式聲明時，由編譯器自動生成的成員函數。這些函數包括：

1. 默認構造函數
2. 默認析構函數
3. 默認拷貝構造函數
4. 默認拷貝賦值運算符
5. 默認移動構造函數（C++11引入）
6. 默認移動賦值運算符（C++11引入）

### 1.2 生成條件
這些函數僅在**需要時**才會被生成，且滿足以下條件：
- 類中沒有用戶自定義的對應函數
- 沒有被`= delete`顯式刪除
- 類的所有成員和基類支持相應操作

```cpp
class Example {
    // 編譯器將根據需要生成所有默認成員函數
};

二、六大默認成員函數詳解

2.1 默認構造函數

基本特性

• 函數簽名：ClassName()
• 無參或所有參數都有默認值
• 當用戶未定義任何構造函數時生成

行為特點

• 對內置類型不做初始化（值不確定）
• 調用成員變量的默認構造函數

class Widget {
public:
    int x;  // 未初始化
    std::string s;  // 調用默認構造函數
};

Widget w;  // 使用默認構造函數

注意事項

• 如果定義了任何構造函數，編譯器不再生成默認構造函數
• 可以使用= default顯式請求生成

2.2 默認析構函數

基本特性

• 函數簽名：~ClassName()
• 在對象銷毀時自動調用
• 除非基類有虛析構函數，否則生成的析構函數是非虛的

行為特點

• 調用成員變量的析構函數（逆聲明順序）
• 調用基類析構函數

class ResourceHolder {
    FILE* file;
public:
    ~ResourceHolder() { 
        if(file) fclose(file);  // 需要自定義資源管理
    }
};

重要規則

• 如果基類析構函數非虛，通過基類指針刪除派生類對象是未定義行為
• 處理資源管理時應遵循RI原則

2.3 默認拷貝構造函數

基本特性

• 函數簽名：ClassName(const ClassName&)
• 當通過已有對象創建新對象時調用

默認行為

• 對每個成員執行成員級拷貝（淺拷貝）
• 調用基類的拷貝構造函數

class String {
    char* data;
public:
    // 默認拷貝構造函數會導致多個對象共享同一內存
    // 通常需要自定義深拷貝
    String(const String& other) : 
        data(new char[strlen(other.data)+1]) {
        strcpy(data, other.data);
    }
};

三法則

如果類需要自定義以下任一函數，通常需要全部三個： 1. 析構函數 2. 拷貝構造函數 3. 拷貝賦值運算符

2.4 默認拷貝賦值運算符

基本特性

• 函數簽名：ClassName& operator=(const ClassName&)
• 處理對象間的賦值操作

默認實現

• 類似拷貝構造的成員級賦值
• 返回*this以支持鏈式賦值

class Array {
    int* ptr;
    size_t size;
public:
    // 不安全的自賦值處理
    Array& operator=(const Array& other) {
        delete[] ptr;
        ptr = new int[other.size];
        size = other.size;
        std::copy(other.ptr, other.ptr+size, ptr);
        return *this;
    }
};

注意事項

• 必須處理自賦值情況（a = a）
• 應先釋放原有資源再分配新資源

2.5 默認移動構造函數（C++11）

基本特性

• 函數簽名：ClassName(ClassName&&) noexcept
• 用于高效轉移資源所有權

默認行為

• 對每個成員執行std::move
• 將源對象置于有效但未指定狀態

class Buffer {
    char* data;
    size_t length;
public:
    Buffer(Buffer&& other) noexcept :
        data(other.data), length(other.length) {
        other.data = nullptr;  // 置空源對象
        other.length = 0;
    }
};

五法則

對于資源管理類，建議同時提供： 1. 析構函數 2. 拷貝構造函數 3. 拷貝賦值運算符 4. 移動構造函數 5. 移動賦值運算符

2.6 默認移動賦值運算符（C++11）

基本特性

• 函數簽名：ClassName& operator=(ClassName&&) noexcept
• 通過轉移操作實現高效賦值

實現要點

• 應先釋放當前資源
• 使源對象處于可析構狀態

Buffer& operator=(Buffer&& other) noexcept {
    if(this != &other) {
        delete[] data;  // 釋放現有資源
        data = other.data;
        length = other.length;
        other.data = nullptr;
        other.length = 0;
    }
    return *this;
}

異常安全

• 應標記為noexcept以便標準庫優化
• 不應拋出異常

三、特殊成員函數的控制

3.1 顯式默認化

使用= default顯式請求編譯器生成默認實現：

class Defaulted {
public:
    Defaulted() = default;
    Defaulted(const Defaulted&) = default;
    ~Defaulted() = default;
};

3.2 顯式刪除

使用= delete禁止特定操作：

class NonCopyable {
public:
    NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;
    NonCopyable& operator=(const NonCopyable&) = delete;
};

3.3 生成規則總結

四、實踐建議

1. 遵循0/3/5法則：根據需求實現完整的特殊函數集
2. 優先使用移動語義：對于資源管理類實現移動操作
3. 多態基類使用虛析構函數：防止派生類內存泄漏
4. 謹慎使用默認拷貝：資源管理類應禁用或自定義
5. 標記noexcept：移動操作應保證不拋出異常

class BestPractice {
public:
    // 顯式聲明所有特殊成員函數
    BestPractice() = default;
    ~BestPractice() = default;
    BestPractice(const BestPractice&) = default;
    BestPractice& operator=(const BestPractice&) = default;
    BestPractice(BestPractice&&) noexcept = default;
    BestPractice& operator=(BestPractice&&) noexcept = default;
};

結語

理解C++默認成員函數是掌握對象生命周期管理的關鍵。從C++98的三法則到C++11的五法則，語言演進不斷改進對象操作的效率和安全性。合理利用這些默認函數可以減少代碼冗余，同時通過自定義實現可以精確控制對象行為。開發者應當根據類的具體需求，選擇適當的策略來處理這些特殊成員函數。

“Effective C++的核心在于理解C++默默編寫并調用了哪些函數。” —— Scott Meyers “`