【C++ 筆記】建構子（Constructors） - part 18
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目錄（Table of Contents）：
[TOC]
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很感謝你點進來這篇文章。
你好，我並不是什麼 C++、程式語言的專家，所以本文若有些錯誤麻煩請各位鞭大力一點，我極需各位的指正及指導！！本系列文章的性質主要以詼諧的口吻，一派輕鬆的態度自學程式語言，如果你喜歡，麻煩留言說聲文章讚讚吧！
建構子（Constructors）
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建構子（Constructors），又稱建構函數、建構式，為一種特別的 class members，每次實例化該類別的物件時，編譯器都會呼叫建構子（表示每次建立物件都會用到此函數）。***建構子與 class 具有相同的名稱***，並且可以在 class 中進行內部定義或外部定義。
另外建構子也不會回傳任何型態，也不會回傳 void。
:::success
可以想像建構子就是做初始化的動作。
:::
在 C++ 中，共有下列四種建構子：
* 預設建構子（Default Constructors）
* 參數化建構子（Parameterized Constructors）
* 複製建構子（Copy Constructors）
* 移動建構子（Move Constructors） -> 此篇不談
以下是一個練習範例（展示預設建構子），~~新手適用的建構子教學~~：
```cpp=
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
// 定義 class 叫 Person
class Person {
private:
string name;
int age;
public:
// 預設建構子（Default Constructors）
Person() {
name = "Unknown";
age = 0;
cout << "預設建構子被呼叫了" << endl;
}
// 內建成員函數（方法）：顯示成員資訊
void displayInfo() const {
cout << "姓名: " << name << ", 年齡: " << age << endl;
}
};
int main() {
// 建立物件時會自動呼叫預設建構子
Person p1;
// 呼叫方法顯示資訊
p1.displayInfo();
return 0;
}
```
輸出結果：
```
預設建構子被呼叫了
姓名: Unknown, 年齡: 0
```
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### 參數化建構子（Parameterized Constructors）
---
就是帶有參數的建構子，因為他本身還是個函數嘛，以下是個範例：
```cpp=
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
// 定義 class Car
class Car {
private:
string brand;
string model;
int year;
public:
// 參數化建構子
Car(string b, string m, int y) {
brand = b;
model = m;
year = y;
}
// 方法：顯示車輛資訊
void displayInfo() {
cout << "品牌: " << brand
<< ", 車型: " << model
<< ", 出廠年份: " << year << endl;
}
};
int main() {
// 用參數化建構子建立物件
Car car1("Toyota", "Corolla", 2020);
Car car2("Tesla", "Model 3", 2022);
car1.displayInfo();
car2.displayInfo();
return 0;
}
```
輸出結果：
```
品牌: Toyota, 車型: Corolla, 出廠年份: 2020
品牌: Tesla, 車型: Model 3, 出廠年份: 2022
```
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### 複製建構子（Copy Constructors）
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複製建構子（Copy Constructor）是一種特殊的建構子，用來建立一個新物件，並以同型態的另一個已存在的物件來初始化它。
格式：
```cpp=
classname (const classname &obj) {
// Body of Copy Constructor
}
```
`ClassName`：類別名稱。
`const ClassName& obj`：以參考方式傳遞的另一個物件，通常使用 const 使源物件不被修改。
const 看你要不要加，但加它是為了讓程式設計師不會錯誤地修改 `obj`。
這個 obj 就是 object，物件的意思。
複製建構子用於以下三種情形：
* 透過使用另一個同型態的物件來初始化新建立的物件。
* 複製物件把它當作參數傳遞給函數。
* 複製對象，並從函數回傳這個對象。
若無明確定義複製建構子，編譯器會自動產生，該建構子會執行淺層複製（Shallow Copy）：
* 將 class 中的每個成員的值逐一複製。
* 若 class 中包含指標成員，預設複製建構子會直接複製指標的地址，導致兩物件共享記憶體區域。
簡言之，淺複製只會複製指針，而不會複製他實際上的"源頭"，若刪除原本的物件，就可能導致空指針（NULL Pointer）。
與淺複製相反的，就是深層複製（Deep Copy），要使用深層複製，就是直接將 Copy Constructor 明確定義出來。
另外 Deep Copy 會為新物件分配獨立的記憶體空間，並複製資料內容與指標。
以下是一個範例：
```cpp=
#include <iostream>
using namespace std;
// 建立一個測試 class
// Create a demo class
class A {
public:
int x;
};
int main() {
// 建立一個物件 a1
// Creating an a1 object
A a1;
a1.x = 10;
cout << "a1's x = " << a1.x << endl;
// 用 a1 建立另一個物件
// Creating another object using a1
// 正在呼叫複製建構子
// Copy Constructor Calling
A a2(a1);
cout << "a2's x = " << a2.x;
return 0;
}
```
Source：https://www.geeksforgeeks.org/copy-constructor-in-cpp/
輸出結果：
```
a1's x = 10
a2's x = 10
```
透過上述範例，可發現我們並未定義「建構子」，但卻能夠使用同一個類別現有的物件來建立一個物件。那此時 C++ 編譯器就會建立一個簡單的複製建構子，也稱隱式複製建構子（implicit copy constructor）。
以下是一個範例，當我們定義 Copy Constructor：
```cpp=
#include <iostream>
using namespace std;
// 建立一個測試 class
// Create a demo class
class A {
public:
int x;
A(){};
// 定義一個 Copy Constructor
// Copy Constructor definition
A (A& t) {
x = t.x;
cout << "Calling copy constructor" << endl;
}
};
int main() {
// 建立 a1 物件
// Creating an a1 object
A a1;
a1.x = 10;
cout << "a1's x = " << a1.x << endl;
// 用 a1 建立另一個物件
// Creating another object using a1
// 正在呼叫 Copy Constructor
// Copy Constructor Calling
A a2(a1);
cout << "a2's x = " << a2.x;
return 0;
}
```
Source：https://www.geeksforgeeks.org/copy-constructor-in-cpp/
輸出結果：
```
a1's x = 10
Calling copy constructor
a2's x = 10
```
以上程式碼第十行，`A(){};` 為定義一個預設建構子，但他是空的。那他有什麼屁用呢？
若刪掉此行，則會因為 class 中已定義了一個複製建構子 `A(A& t)`，編譯器將不再自動產生預設建構子。所以，`A a1;` 物件會無法建立，編譯器直接報錯。
這是先後順序問題，你要先建立物件才能用 Copy Constructor，因此需要預設建構子為基礎。
以下是個範例，有關於深層複製（Deep Copy）：
```cpp=
#include <cstring>
#include <iostream>
using namespace std;
class String {
private:
char* s;
int size;
public:
String(const char* str = NULL);
~String() { delete[] s; }
// 複製建構子
// Copy constructor
String(const String&);
void print() {
cout << s << endl;
}
void change(const char*);
};
// 成員函數及建構子的定義
// Definitions of constructor and memeber functions
String::String(const char* str) {
size = strlen(str);
s = new char[size + 1];
strcpy(s, str);
}
String::String(const String& old_str) {
size = old_str.size;
s = new char[size + 1];
strcpy(s, old_str.s);
}
void String::change(const char* str) {
delete[] s;
size = strlen(str);
s = new char[size + 1];
strcpy(s, str);
}
int main() {
String str1("GeeksQuiz");
// 從 str1 建立 str2
// Create str2 from str1
String str2 = str1;
str1.print(); // what is printed ? 印出了啥 ?
str2.print();
str2.change("GeeksforGeeks"); // 注意此行只有 change str2
str1.print(); // what is printed now ? 現在他印出了啥 ?
str2.print();
return 0;
}
```
Source：https://www.geeksforgeeks.org/copy-constructor-in-cpp/
輸出結果：
```
GeeksQuiz
GeeksQuiz
GeeksQuiz
GeeksforGeeks
```
此範例使用到了 new、delete 運算子，這兩個運算子的意義分別是「自行對記憶體配置」、「自行刪除掉記憶體」。
有關 new、delete 運算子的使用上，是要非常小心的，若一直用 new 一直給記憶體資源，而不用 delete 刪除的話，那麼記憶體會吃滿。
詳情可至此網站了解：https://openhome.cc/Gossip/CppGossip/newDelete.html
第十二行中，用到了解構子的語法：`~String() { delete[] s; }`。
:::success
解構子（Destructor），語法就是用一個波浪符號 `~` 後面加上類別名稱，與建構子宣告方式類似。它不會回傳任何值，也不能帶有任何參數。解構子有助於在跳出程式（例如關閉檔案、釋放記憶體等）前釋放資源。
:::
那第十二行就是在說當離開作用域或程式結束時，會自動刪除掉 s 這個成員。
總結
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建構子（Constructors） 是 C++ 類別中特別的成員函數，每次建立物件時都會自動被呼叫，用於初始化物件。
:::success
建構子與類別名稱相同，沒有回傳值。 -> 非常重要
:::
**C++ 提供了四種建構子：**
1. 預設建構子（Default Constructor）：不帶參數，將物件設定預設值。
2. 參數化建構子（Parameterized Constructor）：允許在建立物件時傳入參數進行初始化。
3. 複製建構子（Copy Constructor）：用於建立新物件，並以現有的同型態物件初始化它。若未定義，編譯器會使用淺層複製（Shallow Copy），但當類別包含動態記憶體分配時，應使用深層複製（Deep Copy）來避免記憶體錯誤。
4. 移動建構子（Move Constructor）->本篇不談
**Copy Constructor Application：**
* 以現有物件初始化新物件。-> 如：`myClass a2 = a1`
* 當物件作為參數傳遞給函數時。
* 當函數回傳物件時。
若類別包含指標成員，應用深層複製確保每物件有獨立記憶體區域，避免記憶體共享導致的錯誤。
參考資料
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[new 與 delete](https://openhome.cc/Gossip/CppGossip/newDelete.html)
[Copy Constructor in C++ - GeeksforGeeks](https://www.geeksforgeeks.org/copy-constructor-in-cpp/)
[C++ Classes and Objects - GeeksforGeeks](https://www.geeksforgeeks.org/c-classes-and-objects/)
[C++ Constructors | W3Schools](https://www.w3schools.com/cpp/cpp_constructors.asp)
[C++ 类构造函数 & 析构函数 | 菜鸟教程](https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-constructor-destructor.html)
[C++ 拷贝构造函数 | 菜鸟教程](https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-copy-constructor.html)
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