【C++】:拷贝构造函数

桃扇骨 2022-09-29 13:56 289阅读 0赞

**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：

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

1.  int a = 100;  
2.  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。

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

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。

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

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**

**\[c-sharp\] [ view plain][view plain] [ copy][view plain]**

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**

**\[c-sharp\] [ view plain][view plain] [ copy][view plain]**

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；**

**\[c-sharp\] [ view plain][view plain] [ copy][view plain]**

1.  **CExample A(100);  **
2.  **CExample B = A;   **
3.  **// 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：

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

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：

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

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：

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

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：

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

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：

![0_1298440885fFHF.gif][]

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：

![0_1298440940377T.gif][]

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：

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

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：

![0_12984409785Oby.gif][]

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。

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

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?**

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

1.  X::X(const X&);      
2.  X::X(X);      
3.  X::X(X&, int a=1);      
4.  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.

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

1.  X::X(const X&);  //是拷贝构造函数      
2.  X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数     
3.  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。

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

1.  class X \{   
2.  public:         
3.    X(const X&);      // const 的拷贝构造  
4.    X(X&);            // 非const的拷贝构造  
5.  \};

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.

**\[c-sharp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain]

1.  class X \{      
2.  public:  
3.    X();      
4.    X(X&);  
5.  \};      
6.    
7.  const X cx;      
8.  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。

[view plain]: http://blog.csdn.net/lwbeyond/article/details/6202256/#
[0_1298440885fFHF.gif]: /images/20220708/07d2ecfce34748e08b1016045a2d19ec.png
[0_1298440940377T.gif]: /images/20220708/ebb86cb49e8f43cbb51d3b27d71e9f98.png
[0_12984409785Oby.gif]: /images/20220708/75ac0b152e394b79afc0ce6cc0b63562.png