C++ 拷贝构造函数详解

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:

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。

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。

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

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;

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:

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:

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:

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:

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:

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。

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?

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.

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。

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.

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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