对C++拷贝构造函数的一点理解

绝地灬酷狼 2022-01-07 15:45 252阅读 0赞

一. 什么是拷贝构造函数

先看一个简单的例子：

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class CExample {
    private:
        　int a;
    public:
          //构造函数
        　CExample(int b)
        　{ a = b;}
    
          //一般函数
        　void Show ()
        　{
            cout<<a<<endl;
          }
    };
    
    int main()
    {
        　CExample A(100);
        　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
        　 B.Show ();
        　return 0;
    }

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。

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class CExample {
    private:
        int a;
    public:
        //构造函数
        CExample(int b)
        { a = b;}
        
        //拷贝构造函数
        CExample(const CExample& C)
        {
            a = C.a;
        }
    
        //一般函数
        void Show ()
        {
            cout<<a<<endl;
        }
    };
    
    int main()
    {
        CExample A(100);
        CExample B = A; // CExample B(A); 也是一样的
         B.Show ();
        return 0;
    }

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 （注意是按值传递，按引用传递不调用）

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;
    }

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，产生临时对象。  
(2).然后调用拷贝构造函数把test的值给C（临时对象）：实参被拷贝到形参（没有进入函数体内部）  
(3).等g\_Fun()执行完后, 析构掉 C 对象。（生存期结束）

2. 对象以值传递的方式从函数返回（按引用返回不调用）

class CExample 
    {
    private:
     int a;
    
    public:
     //构造函数
     CExample(int b)
     { 
      a = b;
     }
    
     //拷贝构造
     CExample(const CExample& C)
     {
      a = C.a;
      cout<<"copy"<<endl;
     }
    
         void Show ()
         {
             cout<<a<<endl;
         }
    };
    
    //全局函数
    CExample g_Fun()
    {
     CExample temp(0);
     return temp;
    }
    
    int main()
    {
     g_Fun();
     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，并且这条语句也要执行完毕（比如赋值语句赋值完成之后）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。

注：初始化时  =  运算符后面接对象时，调用拷贝构造函数； = 运算符后面接常量时，调用构造函数（只有当构造函数支持一个形参才可以）；

非初始化则调用 operator=函数，如果没有提供则编译器自动生成。

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：

class Rect
    {
    public:
        Rect()      // 构造函数，计数器加1
        {
            count++;
        }
        ~Rect()     // 析构函数，计数器减1
        {
            count--;
        }
        static int getCount()       // 返回计数器的值
        {
            return count;
        }

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，就是默认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：

class Rect
    {
    public:
        Rect()      // 构造函数，计数器加1
        {
            count++;
        }
        Rect(const Rect& r)   // 拷贝构造函数
        {
            width = r.width;
            height = r.height;
            count++;          // 计数器加1
        }
        ~Rect()     // 析构函数，计数器减1
        {
            count--;
        }
        static int getCount()   // 返回计数器的值
        {
            return count;
        }
    private:
        int width;
        int height;
        static int count;       // 一静态成员做为计数器
    };

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：

class Rect
    {
    public:
        Rect()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间
        {
            p = new int(100);
        }
        ~Rect()     // 析构函数，释放动态分配的空间
        {
            if(p != NULL)
            {
                delete p;
            }
        }
    private:
        int width;
        int height;
        int *p;     // 一指针成员
    };
    
    int main()
    {
        Rect rect1;
        Rect rect2(rect1);   // 复制对象
        return 0;
    }

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：

![1695291-20190621172714762-1782775529.png][]

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：

![1695291-20190621172736450-389290857.png][]

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：

class Rect
    {
    public:
        Rect()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间
        {
            p = new int(100);
        }
        Rect(const Rect& r)
        {
            width = r.width;
            height = r.height;
            p = new int;    // 为新对象重新动态分配空间
            *p = *(r.p);
        }
        ~Rect()     // 析构函数，释放动态分配的空间
        {
            if(p != NULL)
            {
                delete p;
            }
        }
    private:
        int width;
        int height;
        int *p;     // 一指针成员
    };

此时，在完成对象的复制后，内存的一个大致情况如下：

![1695291-20190621172847340-1976574772.png][]

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。

/ /防止按值传递
    class CExample 
    {
    private:
        int a;
    
    public:
        //构造函数
        CExample(int b)
        { 
            a = b;
            cout<<"creat: "<<a<<endl;
        }
    
    private:
        //拷贝构造，只是声明
        CExample(const CExample& C);
    
    public:
        ~CExample()
        {
            cout<< "delete: "<<a<<endl;
        }
    
        void Show ()
        {
            cout<<a<<endl;
        }
    };
    
    //全局函数
    void g_Fun(CExample C)
    {
        cout<<"test"<<endl;
    }
    
    int main()
    {
        CExample test(1);
        //g_Fun(test); 按值传递将出错
        
        return 0;
    }

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。

转载于:https://www.cnblogs.com/fuao2000/p/11065916.html

[1695291-20190621172714762-1782775529.png]: /images/20211220/f34e7a8de61e489a8c73efffa682a993.png
[1695291-20190621172736450-389290857.png]: /images/20211220/38828dfc4bed4b308babcd023b4b2512.png
[1695291-20190621172847340-1976574772.png]: /images/20211220/736447f23b594088b6d16324439c2f92.png