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  • C++拷贝构造函数详解

    万次阅读 多人点赞 2011-02-23 13:39:00
    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...

    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,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&)X::X(X&),由编译器根据上下文决定选择哪一个。

    展开全文
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    一、前言 写一个用到指针的程序时,被拷贝、赋值、析构函数坑了一波,网上查相关博客,发现关于拷贝、赋值构造... //拷贝构造函数 A (const A& a); //拷贝构造函数 A& operator= (const A&am...

    一、前言

    写一个用到指针的程序时,被拷贝、赋值、析构函数坑了一波,网上查相关博客,发现关于拷贝、赋值构造函数调用时机大多都有错误,因此决定自己总结撸一发博客。

    A (A& a);						//拷贝构造函数
    A (const A& a);					//拷贝构造函数
    A& operator= (const A& a);		//赋值构造函数
    

    先写一个类,用作之后的示例

    class A {
    public:
        int* x;
        int y;
        A() = default;
        A (const A& a) {
            printf ("拷贝构造\n");
            this->x = a.x;
            this->y = a.y;
        }
    
        A& operator= (const A& a) {
            printf ("赋值构造\n");
            this->x = a.x;
            this->y = a.y;
        }
        A (int t) {
            x = new int (0);
            y = t;
            printf ("address: %x, point: %x, value: %d\n", this, x, y);
        }
        ~A() {
            printf ("delete %x\n", this);
        }
    };
    
    A f () {
        A ret (3);
        printf ("stack address: %x, point: %x, value: %d\n", &ret, ret.x, ret.y);
        return ret;
    }
    

    二、拷贝构造函数

    1.对象需要通过另外一个对象进行初始化

    int main() {
        A a(1);
        A c = a;
        printf ("global address: %x, point: %x, value: %d\n", &c, c.x, c.y);
        return 0;
    }
    

    这里写图片描述
    2.对象通过值传递方式进入函数

    void g (A ret) {
        printf ("stack address: %x, point: %x, value: %d\n", &ret, ret.x, ret.y);
    }
    
    int main() {
        A a (1);
        g (a);
        return 0;
    }
    

    这里写图片描述
    3.当对象以值传递的方式从函数返回

    class A {
    public:
        int* x;
        int y;
        A() = default;
        A (const A& a) = delete; //注意把拷贝构造设为禁止使用
    
        A (int t) {
            x = new int (0);
            y = t;
            printf ("address: %x, point: %x, value: %d\n", this, x, y);
        }
        ~A() {
            printf ("delete %x\n", this);
        }
        A& operator= (const A& a) {
            printf ("赋值构造\n");
            this->x = a.x;
            this->y = a.y;
        }
    };
    
    A f () {
        A ret (3);
        printf ("stack address: %x, point: %x, value: %d\n", &ret, ret.x, ret.y);
        return ret;
    }
    int main() {
        A c = f(); 
        printf ("global address: %x , point: %x, value: %d\n", &c, c.x, c.y);
        return 0;
    }
    

    编译时发生错误,提示return ret调用了被禁止使用的拷贝构造函数
    在这里插入图片描述
    三、赋值构造函数

    1.对象以值传递方式从函数返回,且接受返回值的对象已经初始化过

    int main() {
        A c;
        c = f();
        printf ("global address: %x, point: %x, value: %d\n", &c, c.x, c.y);
        return 0;
    }
    

    这里写图片描述
    2.对象直接赋值给另一个对象,且接受值的对象已经初始化过

    int main() {
        A a(1);
        A c;
        c = a;
        printf ("global address: %x, point: %x, value: %d\n", &c, c.x, c.y);
        return 0;
    }
    

    这里写图片描述

    四、总结

    对象以值传递方式从函数返回时,若接受返回值的对象已经初始化过,则会调用赋值构造函数,且该对象还会调用析构函数,当对象中包含指针时,会使该指针失效,因此需要重载赋值构造函数,使用类似深拷贝或移动构造函数的方法赋值,才能避免指针失效。

    展开全文
  • c++拷贝构造函数

    千次阅读 多人点赞 2019-06-28 16:22:40
    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...

    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。

    #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

     

    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,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

    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:

    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;
        }
    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:

    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:

     

     

        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:

    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:

     

    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);

    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

    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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