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C++拷贝构造函数详解

2024-07-17 04:03:27   226人阅读

转自：http://blog.csdn.net/lwbeyond/article/details/6202256

对于一个空类，编译器默认生成四个成员函数：默认构造函数、析构函数、拷贝构造函数、赋值函数；

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

 1 class CExample  2 { 3 private: 4  int a; 5  6 public: 7  //构造函数 8  CExample(int b) 9  { 10   a = b;11   cout<<"creat: "<<a<<endl;12  }13 14  //拷贝构造15  CExample(const CExample& C)16  {17   a = C.a;18   cout<<"copy"<<endl;19  }20  21  //析构函数22  ~CExample()23  {24   cout<< "delete: "<<a<<endl;25  }26 27      void Show ()28  {29          cout<<a<<endl;30      }31 };32 33 //全局函数，传入的是对象34 void g_Fun(CExample C)35 {36  cout<<"test"<<endl;37 }38 39 int main()40 {41  CExample test(1);42  //传入对象43  g_Fun(test);44 45  return 0;46 }

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

 1 class CExample  2 { 3 private: 4  int a; 5  6 public: 7  //构造函数 8  CExample(int b) 9  { 10   a = b;11  }12 13  //拷贝构造14  CExample(const CExample& C)15  {16   a = C.a;17   cout<<"copy"<<endl;18  }19 20      void Show ()21      {22          cout<<a<<endl;23      }24 };25 26 //全局函数27 CExample g_Fun()28 {29  CExample temp(0);30  return temp;31 }32 33 int main()34 {35  g_Fun();36  return 0;37 }

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：　

　　Rect::Rect(const Rect& r)
　　{
　　　　width = r.width;
　　　　height = r.height;
　　}

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（第二个对象并不是没有调用构造函数，而是使用的拷贝构造函数）。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113     }14     ~Rect()     // 析构函数，计数器减115     {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”。

　　   以类String的两个对象a,b为例，假设a.m_data的内容为“hello”，b.m_data的内容为“world”。
      现将a赋给b，缺省赋值函数的“位拷贝”意味着执行b.m_data = http://www.mamicode.com/a.m_data。这将造成三个错误：

　　一是b.m_data原有的内存没被释放，造成内存泄露；

　　二是b.m_data和a.m_data指向同一块内存，a或b任何一方变动都会影响另一方；

　　三是在对象被析构时，m_data被释放了两次。

　　

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：

　　

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。其时从名字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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