堆與復(fù)制構(gòu)造函數(shù)省公開課一等獎全國示范課微課金獎?wù)n件

《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》教學(xué)內(nèi)容

第1章 C++概述第2章 類和對象第3章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述第4章深入學(xué)習(xí)類和對象第5章堆與復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)第6章繼承性：派生類第7章運算符重載第8章 虛函數(shù)和多態(tài)性第9章 模板第10章類庫和C++標準模板庫STL第11章輸入輸出流第12章異常處理第1頁第5章堆與復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)5.1堆5.2需要new和delete原因5.3默認復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)5.4自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)第2頁5.1堆Heap堆是按動態(tài)方式分配內(nèi)存區(qū)域。在程序中需要空間存放數(shù)據(jù)時，就申請動態(tài)內(nèi)存單元，使用完成后釋放動態(tài)內(nèi)存單元。這種動態(tài)內(nèi)存分配方式能夠顯著地提升內(nèi)存利用率。第3頁C++程序內(nèi)存布局Stack棧Heap堆Globaldata全局數(shù)據(jù)區(qū)程序代碼區(qū)programcode代碼區(qū)存放程序代碼（可執(zhí)行指令）；全局數(shù)據(jù)區(qū)存放全局變量、靜態(tài)變量、常量。固定存放區(qū)域棧是存放程序中全部動態(tài)局部變量、函數(shù)參數(shù)、函數(shù)返回值等信息一塊內(nèi)存區(qū)域。在固定存放區(qū)域與堆棧之間自由區(qū)域稱為堆第4頁棧Stack棧內(nèi)存管理嚴格遵照后進先出（LIFO:Lastin,FirstOut）次序，即釋放棧中對象所占內(nèi)存時次序剛好與給這些對象分配棧中內(nèi)存時次序相反，這一點正是實現(xiàn)函數(shù)調(diào)用所需要。從棧中分配內(nèi)存效率尤其高，對棧充分利用是C/C++編譯程序能產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)高效代碼原因之一。第5頁動態(tài)內(nèi)存分配堆內(nèi)存是以動態(tài)分配方式管理。所謂動態(tài)分配內(nèi)存是在程序運行期間取得。動態(tài)存放分配方式允許我們程序能夠在執(zhí)行期間依據(jù)實際需要存放數(shù)據(jù)量來申請適當數(shù)量內(nèi)存單元。這種動態(tài)分配方式不但能夠提升內(nèi)存利用率，而且對于鏈表和二叉樹等動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)尤其有用。第6頁動態(tài)內(nèi)存申請和釋放用函數(shù)malloc()分配動態(tài)內(nèi)存必須用函數(shù)free()釋放；用new申請動態(tài)內(nèi)存必須用delete釋放。因為在C++程序中，從堆中獲取內(nèi)存單元不會被自動釋放，所以必須使用函數(shù)free()或者用delete釋放這種內(nèi)存。假如從堆中獲取內(nèi)存在使用完后沒有被釋放，這部分內(nèi)存在程序結(jié)束之前會一直被占用，這種情況被稱為“內(nèi)存泄漏”。第7頁5.2需要new和delete原因5.2.1需要new和delete原因5.2.2在堆上創(chuàng)建對象第8頁5.2.1需要new和delete原因?qū)ψ远x類類型，使用函數(shù)malloc()給對象分配動態(tài)空間時不能自動調(diào)用結(jié)構(gòu)函數(shù)；使用函數(shù)free()釋放對象所占用動態(tài)空間時也不能調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。C++語言創(chuàng)建了new和delete兩個運算符來滿足面向?qū)ο笮绿卣?，在C++語言程序中，我們應(yīng)該使用new和delete來創(chuàng)建和銷毀類對象。第9頁5.2.2在堆上創(chuàng)建對象使用new運算符在堆上創(chuàng)建對象時能夠自動調(diào)用結(jié)構(gòu)函數(shù)進行初始化；使用delete運算符釋放對象占用動態(tài)內(nèi)存時能夠自動調(diào)用該對象析構(gòu)函數(shù)進行善后處理。第10頁【例5.1】在堆上創(chuàng)建對象#include<iostream>usingnamespacestd;

classSquare{intside;public:Square(intx){side=x;cout<<"Constructiong\n";}~Square(){cout<<"Destructiong\n";}voiddisplay(){cout<<side<<"\n";}};第11頁【例5.1】在堆上創(chuàng)建對象（續(xù)）intmain(){Square*ps=newSquare(10);//分配堆內(nèi)存并調(diào)用結(jié)構(gòu)函數(shù)初始化

ps->display();

deleteps;//自動調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，然后釋放堆內(nèi)存

return0;}該程序運行后輸出結(jié)果以下：Constructiong10Destructiong第12頁【例5.2】傳值調(diào)用例子classSquare{ intside;public: Square(intx){side=x;cout<<"Constructiong\n";} ~Square(){cout<<"Destructiong\n";} voiddisplay(){cout<<side<<"\n";}};voidf(Squareob)//對象作為函數(shù)參數(shù)

{ ob.display();}第13頁【例5.2】傳值調(diào)用例子（續(xù)）intmain(){ Squares(10); f(s); //對象s以傳值方式傳送給暫時對象ob s.display(); return0;}該程序運行后輸出結(jié)果以下：Constructiong10DestructiongDestructiong10第14頁對象副本當一個對象被作為參數(shù)傳遞給函數(shù)時，同時也創(chuàng)建了該對象副本這個副本將成為函數(shù)參數(shù)。也就是說，創(chuàng)建了一個新對象。當函數(shù)結(jié)束時，作為函數(shù)實際參數(shù)副本將被銷毀。也就是說，一個對象被銷毀了第15頁兩個問題第一個問題：在創(chuàng)建對象副本時是否調(diào)用了結(jié)構(gòu)函數(shù)？第二個問題：當銷毀對象副本時是否調(diào)用了析構(gòu)函數(shù)？第16頁第一個問題答案首先，在調(diào)用函數(shù)時候，程序創(chuàng)建了一個對象副本作為形式參數(shù)，此時普通結(jié)構(gòu)函數(shù)(normalconstructor)并沒有被調(diào)用，而是復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)（copyconstructor）被調(diào)用。第17頁為何需要復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)因為普通結(jié)構(gòu)函數(shù)通慣用于初始化對象一些組員，所以就不能調(diào)用普通結(jié)構(gòu)函數(shù)創(chuàng)建對象副本，因為這么產(chǎn)生對象可能與現(xiàn)有對象不完全相同。當把一個對象傳遞給函數(shù)時，我們需要使用是對象當前狀態(tài)，而不是初始狀態(tài)第18頁5.3默認復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)定義了怎樣創(chuàng)建一個對象副本。假如一個類中沒有顯式地定義類復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)，那么C++將提供一個默認復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)（defaultcopyconstructor）。默認復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)將以按位復(fù)制形式創(chuàng)建一個對象副本，即創(chuàng)建一個與原對象一模一樣副本。第19頁第二個問題答案當函數(shù)結(jié)束時，因為作為參數(shù)對象副本超出了作用域，所以它將被銷毀，從而調(diào)用了析構(gòu)函數(shù)。第20頁結(jié)論當創(chuàng)建一個對象副本作為函數(shù)參數(shù)時，復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)被調(diào)用。當對象副本被銷毀時(通常因為函數(shù)返回而超出作用域)，析構(gòu)函數(shù)被調(diào)用。第21頁自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)例子Square(constSquare&ob){ side=ob.side; cout<<"CopyConstructiong\n";}假如程序員自定義了一個復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)，編譯時將不會產(chǎn)生默認復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)。第22頁【例5.2】另一個版本classSquare{ intside;public: Square(intx){side=x;cout<<"Constructiong\n";} Square(constSquare&ob)//自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù) {side=ob.side;cout<<"CopyConstructiong\n";} ~Square(){cout<<"Destructiong\n";} voiddisplay(){cout<<side<<"\n";}};voidf(Squareob)//對象作為函數(shù)參數(shù)

{ ob.display();}第23頁【例5.2】另一個版本（續(xù)）intmain(){ Squares(10); f(s); //對象s以傳值方式傳送給暫時對象ob s.display(); return0;}該程序運行后輸出結(jié)果以下：ConstructiongCopyConstructiong10Destructiong10Destructiong第24頁自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)在很多情況下，使用按位復(fù)制方法來創(chuàng)建一個相同對象副本是可行，這時我們能夠直接使用C++語言提供默認復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)。不過，在一些情況下使用默認復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)會出現(xiàn)問題（比如【例5.3】），這時我們需要自己創(chuàng)建復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)。第25頁【例5.3】classmy_string{ char*s;public: my_string(char*str) { s=newchar[strlen(str)+1]; cout<<"Allocatingroomfors\n"; strcpy(s,str); } ~my_string() { if(s)delete[]s; cout<<"Freeings\n"; } voidshow() { cout<<s<<‘\n’; }};第26頁【例5.3】（續(xù)）voiddisplay(my_stringob){ ob.show();}intmain(){ my_stringobj("Hello!"); display(obj); obj.show();//這條語句輸出是垃圾數(shù)據(jù) return0;}第27頁使用默認復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)出現(xiàn)了問題該程序運行后輸出結(jié)果以下：AllocatingroomforsHello!Freeings（撤消對象obj副本ob時調(diào)用析構(gòu)函數(shù)）葺葺葺葺葺（這是輸出垃圾數(shù)據(jù)，不一樣系統(tǒng)中輸出內(nèi)容會不相同）Freeings（撤消對象obj時調(diào)用析構(gòu)函數(shù)）第28頁【例5.3】C++程序中對象內(nèi)存分布示意圖Hello實參對象obj形參對象ob(a)從函數(shù)display()返回前SS第29頁【例5.3】C++程序中對象內(nèi)存分布示意圖實參對象obj(b)從函數(shù)display()返回后S第30頁處理這個問題方法之一voiddisplay(my_string&ob){ ob.show();}經(jīng)過修改后，程序運行后輸出結(jié)果以下：AllocatingroomforsHello!Hello!Freeings防止復(fù)制對象第31頁初始化(initialization)(1)當一個對象副本被作為參數(shù)傳遞給函數(shù)時。my_stringy;display(y); //y被作為參數(shù)傳遞給函數(shù)當一個對象被另一個對象顯式地初始化時，比如在對象申明中。my_stringx=y;//對象y被顯式地用來初始化對象x(3) 當創(chuàng)建一個暫時對象時(最常見情況是作為函數(shù)返回值)。y=func2(); //y得到一個返回對象第32頁5.4.2復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)與函數(shù)參數(shù)當對象被作為參數(shù)傳遞給函數(shù)時，會產(chǎn)生該對象一個副本。假如我們創(chuàng)建了自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)，那么這個自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)將被調(diào)用來制作這個對象副本。第33頁【例5.4】自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)#include<iostream>#include<cstring>usingnamespacestd;classmy_string{ char*s;public: my_string(char*str);//普通結(jié)構(gòu)函數(shù) my_string(constmy_string&obj);

//自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù) ~my_string(){if(s)delete[]s;cout<<"Freeings\n";} voidshow(){cout<<s<<"\n";}};第34頁【例5.4】（續(xù)1）my_string::my_string(char*str) //普通結(jié)構(gòu)函數(shù){ s=newchar[strlen(str)+1]; cout<<"Allocatingroomfors\n"; strcpy(s,str);}my_string::my_string(constmy_string&obj)//自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù){ s=newchar[strlen(obj.s)+1]; strcpy(s,obj.s); cout<<"Copyconstructorcalled.\n"; }第35頁【例5.4】（續(xù)2）voiddisplay(my_stringob){ ob.show();}intmain(){ my_stringobj("Hello!"); display(obj); obj.show(); return0;}第36頁【例5.4】（續(xù)3）該程序運行后輸出結(jié)果以下：AllocatingroomforsCopyconstructorcalled.Hello!FreeingsHello!Freeings第37頁【例5.4】中C++程序?qū)ο髢?nèi)存分布示意圖Hello實參對象obj形參對象ob(a)從函數(shù)display()返回前SSHello第38頁【例5.4】C++程序中對象內(nèi)存分布示意圖實參對象obj(b)從函數(shù)display()返回后SHello第39頁5.4.3復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)與初始化當使用一個對象來初始化另一個對象時，也將調(diào)用復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)第40頁【例5.5】初始化對象時調(diào)用復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)。#include<iostream>#include<cstring>usingnamespacestd;classmy_string{ char*s;public: my_string(char*str);//普通結(jié)構(gòu)函數(shù)

my_string(constmy_string&obj);

//自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù) ~my_string(){if(s)delete[]s;cout<<"Freeings\n";} voidshow(){cout<<s<<"\n";}};第41頁【例5.5】（續(xù)1）my_string::my_string(char*str) //普通結(jié)構(gòu)函數(shù){ s=newchar[strlen(str)+1]; cout<<"Normalconstructorcalled.\n"; strcpy(s,str);}my_string::my_string(constmy_string&obj)

//自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù){ s=newchar[strlen(obj.s)+1]; strcpy(s,obj.s); cout<<"Copyconstructorcalled.\n";}第42頁【例5.5】（續(xù)2）intmain(){ my_stringobj("Hello!");//調(diào)用普通結(jié)構(gòu)函數(shù) my_stringob1(obj); //調(diào)用復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù) my_stringob2=ob1; //調(diào)用復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù) ob1.show(); ob2.show(); return0;}第43頁【例5.5】（續(xù)3）該程序運行后輸出結(jié)果以下：Normalconstructorcalled.Copyconstructorcalled.Copyconstructorcalled.Hello!Hello!FreeingsFreeingsFreeings第44頁復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)不會影響賦值運算記住，復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)只有在初始化對象時才被調(diào)用。比如，下面代碼將不會調(diào)用在前面程序中定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)：my_strings1(“Hello”)，s2(“world”)；//…

s1=s2；賦值運算第45頁5.4.4在返回對象時使用復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)當函數(shù)返回對象時，函數(shù)創(chuàng)建了一個暫時對象來保留要返回值，而函數(shù)所返回對象實際上是這個暫時對象。在對象值被返回之后，暫時對象將被銷毀。在一些情況下，這會引發(fā)不可預(yù)料錯誤。第46頁【例5.6】函數(shù)返回對象#include<iostream>#include<cstring>usingnamespacestd;classmy_string{ char*s;public: my_string(char*str);//普通結(jié)構(gòu)函數(shù) ~my_string(){if(s)delete[]s;cout<<"Freeings\n";} voidshow(){cout<<s<<"\n";}};第47頁【例5.6】（續(xù)1）my_string::my_string(char*str) //普通結(jié)構(gòu)函數(shù){ s=newchar[strlen(str)+1]; cout<<"Normalconstructorcalled.\n"; strcpy(s,str);}my_stringinput()//返回一個my_string類型對象{ charinstr[80]; cout<<"Enterastring:"; cin>>instr; my_stringob(instr);//調(diào)用普通結(jié)構(gòu)函數(shù) returnob;}第48頁【例5.6】（續(xù)2）intmain(){ my_stringobj=input();//調(diào)用默認復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù) //在函數(shù)input()中將調(diào)用普通結(jié)構(gòu)函數(shù) obj.show(); //輸出是垃圾數(shù)據(jù) return0;}該程序運行后輸出結(jié)果以下：Enterastring:HelloNormalconstructorcalled.Freeings葺葺葺葺葺葺葺葺葺葺輛@（這是輸出垃圾數(shù)據(jù)，不一樣系統(tǒng)中輸出內(nèi)容會不相同）第49頁【例5.7】使用自定義復(fù)制結(jié)構(gòu)函數(shù)防止錯誤#include<iostream>#include<cstring>usingnamespacestd;classmy_string{ char*s;public: my_string(char*str);//普通結(jié)構(gòu)函數(shù) my_string(