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C++拷贝构造函数详解

2019-11-11 07:47:26
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供稿:网友

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 copyint 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。

[c-sharp] view plain copy#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。

[c-sharp] view plain copy#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

[c-sharp] view plain copyclass 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,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 copyclass 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 copyCExample 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:

[c-sharp] view plain copyRect::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:[c-sharp] view plain copyclass 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;      }  private:      int width;      int height;      static int count;       // 一静态成员做为计数器  };    int Rect::count = 0;        // 初始化计数器    int main()  {      Rect rect1;      cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;        Rect rect2(rect1);   // 使用rect1复制rect2,此时应该有两个对象       cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;        return 0;  }  

  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 copyclass 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:

[c-sharp] view plain copyclass 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:

 

 

    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:

[c-sharp] view plain copyclass 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:

 

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 copy// 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?

[c-sharp] view plain copyX::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.

[c-sharp] view plain copyX::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。

[c-sharp] view plain copyclass 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.

[c-sharp] view plain copyclass 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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