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c++拷贝函数详解(转)
一. 什么是拷贝构造函数
首先对于普通类型的对象来说，它们之间的复制是很简单的，例如
- int a = 100;
- int b = a;
而类对象与普通对象不同，类对象内部结构一般较为复杂，存在各种成员变量。
下面看一个类对象拷贝的简单例子。
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class CExample { 5 private: 6 int a; 7 public: 8 //构造函数 9 CExample(int b) 10 { a = b;} 11 12 //一般函数 13 void Show () 14 { 15 cout<<a<<endl; 16 } 17 }; 18 19 int main() 20 { 21 CExample A(100); 22 CExample B = A; //注意这里的对象初始化要调用拷贝构造函数，而非赋值 23 B.Show (); 24 return 0; 25 }
运行程序，屏幕输出100。从以上代码的运行结果可以看出，系统为对象 B 分配了内存并完成了与对象 A 的复制过程。就类对象而言，相同类型的类对象是通过拷贝构造函数来完成整个复制过程的。
下面举例说明拷贝构造函数的工作过程。
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class CExample { 5 private: 6 int a; 7 public: 8 //构造函数 9 CExample(int b) 10 { a = b;} 11 12 //拷贝构造函数 13 CExample(const CExample& C) 14 { 15 a = C.a; 16 } 17 18 //一般函数 19 void Show () 20 { 21 cout<<a<<endl; 22 } 23 }; 24 25 int main() 26 { 27 CExample A(100); 28 CExample B = A; // CExample B(A); 也是一样的 29 B.Show (); 30 return 0; 31 }
CExample(const CExample& C) 就是我们自定义的拷贝构造函数。可见，拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，函数的名称必须和类名称一致，它必须的一个参数是本类型的一个引用变量。
二. 拷贝构造函数的调用时机
在C++中，下面三种对象需要调用拷贝构造函数！
1. 对象以值传递的方式传入函数参数
调用g_Fun()时，会产生以下几个重要步骤：
(1).test对象传入形参时，会先会产生一个临时变量，就叫 C 吧。
(2).然后调用拷贝构造函数把test的值给C。 整个这两个步骤有点像：CExample C(test);
(3).等g_Fun()执行完后, 析构掉 C 对象。
2. 对象以值传递的方式从函数返回
class CExample { private: int a; public: //构造函数 CExample(int b) { a = b; cout<<"creat: "<<a<<endl; } //拷贝构造 CExample(const CExample& C) { a = C.a; cout<<"copy"<<endl; } //析构函数 ~CExample() { cout<< "delete: "<<a<<endl; } void Show () { cout<<a<<endl; } }; //全局函数，传入的是对象 void g_Fun(CExample C) { cout<<"test"<<endl; } int main() { CExample test(1); //传入对象 g_Fun(test); return 0; }
当g_Fun()函数执行到return时，会产生以下几个重要步骤：
(1). 先会产生一个临时变量，就叫XXXX吧。
(2). 然后调用拷贝构造函数把temp的值给XXXX。整个这两个步骤有点像：CExample XXXX(temp);
(3). 在函数执行到最后先析构temp局部变量。
(4). 等g_Fun()执行完后再析构掉XXXX对象。
3. 对象需要通过另外一个对象进行初始化；
- CExample A(100);
- CExample B = A;
- // CExample B(A);
后两句都会调用拷贝构造函数。
三. 浅拷贝和深拷贝
1. 默认拷贝构造函数
很多时候在我们都不知道拷贝构造函数的情况下，传递对象给函数参数或者函数返回对象都能很好的进行，这是因为编译器会给我们自动产生一个拷贝构造函数，这就是“默认拷贝构造函数”，这个构造函数很简单，仅仅使用“老对象”的数据成员的值对“新对象”的数据成员一一进行赋值，它一般具有以下形式：
1 Rect::Rect(const Rect& r) 2 { 3 width = r.width; 4 height = r.height; 5 }
当然，以上代码不用我们编写，编译器会为我们自动生成。但是如果认为这样就可以解决对象的复制问题，那就错了，让我们来考虑以下一段代码：
1 class Rect 2 { 3 public: 4 Rect() // 构造函数，计数器加1 5 { 6 count++; 7 } 8 ~Rect() // 析构函数，计数器减1 9 { 10 count--; 11 } 12 static int getCount() // 返回计数器的值 13 { 14 return count; 15 } 16 private: 17 int width; 18 int height; 19 static int count; // 一静态成员做为计数器 20 }; 21 22 int Rect::count = 0; // 初始化计数器 23 24 int main() 25 { 26 Rect rect1; 27 cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl; 28 29 Rect rect2(rect1); // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象 30 cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl; 31 32 return 0; 33 }
这段代码对前面的类，加入了一个静态成员，目的是进行计数。在主函数中，首先创建对象rect1，输出此时的对象个数，然后使用rect1复制出对象rect2，再输出此时的对象个数，按照理解，此时应该有两个对象存在，但实际程序运行时，输出的都是1，反应出只有1个对象。此外，在销毁对象时，由于会调用销毁两个对象，类的析构函数会调用两次，此时的计数器将变为负数。
说白了，就是拷贝构造函数没有处理静态数据成员。
出现这些问题最根本就在于在复制对象时，计数器没有递增，我们重新编写拷贝构造函数，如下：
1 class Rect 2 { 3 public: 4 Rect() // 构造函数，计数器加1 5 { 6 count++; 7 } 8 Rect(const Rect& r) // 拷贝构造函数 9 { 10 width = r.width; 11 height = r.height; 12 count++; // 计数器加1 13 } 14 ~Rect() // 析构函数，计数器减1 15 { 16 count--; 17 } 18 static int getCount() // 返回计数器的值 19 { 20 return count; 21 } 22 private: 23 int width; 24 int height; 25 static int count; // 一静态成员做为计数器 26 };
2. 浅拷贝
所谓浅拷贝，指的是在对象复制时，只对对象中的数据成员进行简单的赋值，默认拷贝构造函数执行的也是浅拷贝。大多情况下“浅拷贝”已经能很好地工作了，但是一旦对象存在了动态成员，那么浅拷贝就会出问题了，让我们考虑如下一段代码：
1 class Rect 2 { 3 public: 4 Rect() // 构造函数，p指向堆中分配的一空间 5 { 6 p = new int(100); 7 } 8 ~Rect() // 析构函数，释放动态分配的空间 9 { 10 if(p != NULL) 11 { 12 delete p; 13 } 14 } 15 private: 16 int width; 17 int height; 18 int *p; // 一指针成员 19 }; 20 21 int main() 22 { 23 Rect rect1; 24 Rect rect2(rect1); // 复制对象 25 return 0; 26 }
在这段代码运行结束之前，会出现一个运行错误。原因就在于在进行对象复制时，对于动态分配的内容没有进行正确的操作。我们来分析一下：
在运行定义rect1对象后，由于在构造函数中有一个动态分配的语句，因此执行后的内存情况大致如下：
在使用rect1复制rect2时，由于执行的是浅拷贝，只是将成员的值进行赋值，这时 rect1.p= rect2.p，也即这两个指针指向了堆里的同一个空间，如下图所示：
当然，这不是我们所期望的结果，在销毁对象时，两个对象的析构函数将对同一个内存空间释放两次，这就是错误出现的原因。我们需要的不是两个p有相同的值，而是两个p指向的空间有相同的值，解决办法就是使用“深拷贝”。
3. 深拷贝
在“深拷贝”的情况下，对于对象中动态成员，就不能仅仅简单地赋值了，而应该重新动态分配空间，如上面的例子就应该按照如下的方式进行处理：
1 class Rect 2 { 3 public: 4 Rect() // 构造函数，p指向堆中分配的一空间 5 { 6 p = new int(100); 7 } 8 Rect(const Rect& r) 9 { 10 width = r.width; 11 height = r.height; 12 p = new int; // 为新对象重新动态分配空间 13 *p = *(r.p); 14 } 15 ~Rect() // 析构函数，释放动态分配的空间 16 { 17 if(p != NULL) 18 { 19 delete p; 20 } 21 } 22 private: 23 int width; 24 int height; 25 int *p; // 一指针成员 26 };
此时，在完成对象的复制后，内存的一个大致情况如下：
此时rect1的p和rect2的p各自指向一段内存空间，但它们指向的空间具有相同的内容，这就是所谓的“深拷贝”。
3. 防止默认拷贝发生
通过对对象复制的分析，我们发现对象的复制大多在进行“值传递”时发生，这里有一个小技巧可以防止按值传递——声明一个私有拷贝构造函数。甚至不必去定义这个拷贝构造函数，这样因为拷贝构造函数是私有的，如果用户试图按值传递或函数返回该类对象，将得到一个编译错误，从而可以避免按值传递或返回对象
1 // 防止按值传递 2 class CExample 3 { 4 private: 5 int a; 6 7 public: 8 //构造函数 9 CExample(int b) 10 { 11 a = b; 12 cout<<"creat: "<<a<<endl; 13 } 14 15 private: 16 //拷贝构造，只是声明 17 CExample(const CExample& C); 18 19 public: 20 ~CExample() 21 { 22 cout<< "delete: "<<a<<endl; 23 } 24 25 void Show () 26 { 27 cout<<a<<endl; 28 } 29 }; 30 31 //全局函数 32 void g_Fun(CExample C) 33 { 34 cout<<"test"<<endl; 35 } 36 37 int main() 38 { 39 CExample test(1); 40 //g_Fun(test); 按值传递将出错 41 42 return 0; 43 }
四. 拷贝构造函数的几个细节
1. 拷贝构造函数里能调用private成员变量吗?
解答：这个问题是在网上见的，当时一下子有点晕。其时从名子我们就知道拷贝构造函数其时就是一个特殊的构造函数，操作的还是自己类的成员变量，所以不受private的限制。
2. 以下函数哪个是拷贝构造函数,为什么?
- X::X(const X&);
- X::X(X);
- X::X(X&, int a=1);
- X::X(X&, int a=1, int b=2);
解答：对于一个类X, 如果一个构造函数的第一个参数是下列之一:
a) X&
b) const X&
c) volatile X&
d) const volatile X&
且没有其他参数或其他参数都有默认值,那么这个函数是拷贝构造函数.
- X::X(const X&); //是拷贝构造函数
- X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数
- X::X(X&, int a=1, int b=2); //当然也是拷贝构造函数
3. 一个类中可以存在多于一个的拷贝构造函数吗?
解答：类中可以存在超过一个拷贝构造函数。
- class X {
- public:
- X(const X&); // const 的拷贝构造
- X(X&); // 非const的拷贝构造
- };
注意,如果一个类中只存在一个参数为 X& 的拷贝构造函数,那么就不能使用const X或volatile X的对象实行拷贝初始化.
- class X {
- public:
- X();
- X(X&);
- };
- const X cx;
- X x = cx; // error
如果一个类中没有定义拷贝构造函数,那么编译器会自动产生一个默认的拷贝构造函数。
这个默认的参数可能为 X::X(const X&)或 X::X(X&),由编译器根据上下文决定选择哪一个。
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