C++本质：类的赋值运算符=的重载，以及深拷贝和浅拷贝

C++本质：类的赋值运算符=的重载，以及深拷贝和浅拷贝
关键词：构造函数，浅拷贝，深拷贝，堆栈(stack)，堆heap，赋值运算符
摘要:
在面向对象程序设计中，对象间的相互拷贝和赋值是经常进行的操作。
如果对象在申明的同时马上进行的初始化操作，则称之为拷贝运算。例如：
class1 A("af"); class1 B=A;
此时其实际调用的是B(A)这样的浅拷贝操作。
如果对象在申明之后，在进行的赋值运算，我们称之为赋值运算。例如：
class1 A("af"); class1 B;
B=A;
此时实际调用的类的缺省赋值函数B.operator=(A);
不管是浅拷贝还是赋值运算，其都有缺省的定义。也就是说，即使我们不overload这两种operation,仍然可以运行。
那么，我们到底需不需要overload这两种operation 呢？
答案就是：一般，我们我们需要手动编写析构函数的类，都需要overload 拷贝函数和赋值运算符。

下面介绍类的赋值运算符
1.C++中对象的内存分配方式
在C++中，对象的实例在编译的时候，就需要为其分配内存大小，因此，系统都是在stack上为其分配内存的。这一点和C#完全不同！千 万记住：在C#中，所有类都是reference type,要创建类的实体，必须通过new在heap上为其分配空间，同时返回在stack上指向其地址的reference.
因此，在C++中，只要申明该实例，在程序编译后，就要为其分配相应的内存空间，至于实体内的各个域的值，就由其构造函数决定了。
例如：


class A




{


public:


A()




{

name = new char[1]; //These code is added By CR
*name = '/0';


}


A(int id,char *t_name)




{


_id=id;


name=new char[strlen(t_name)+1];


strcpy(name,t_name);


}
private:
char *username;
int _id;


}




int main()




{


A a(1,"herengang");


A b;


}

在程序编译之后，a和b在stack上都被分配相应的内存大小。只不过对象a的域都被初始化，而b则都为随机值。
其内存分配如下：



2. 缺省情况下的赋值运算符
如果我们执行以下：
b=a;
则其执行的是缺省定义的缺省的赋值运算。所谓缺省的赋值运算，是指对象中的所有位于stack中的域，进行相应的复制。但是，如果对象有位于heap上的域的话，其不会为拷贝对象分配heap上的空间，而只是指向相同的heap上的同一个地址。
执行b=a这样的缺省的赋值运算后，其内存分配如下：



因此，对于缺省的赋值运算，如果对象域内没有heap上的空间，其不会产生任何问题。但是，如果对象域内需要申请heap上的空间，那么在析构对象的时候，就会连续两次释放heap上的同一块内存区域，从而导致异常。


~A()




{


delete name;


}

3.解决办法--重载（overload)赋值运算符
因此，对于对象的域在heap上分配内存的情况，我们必须重载赋值运算符。当对象间进行拷贝的时候，我们必须让不同对象的成员域指向其不同的heap地址--如果成员域属于heap的话。
因此，重载赋值运算符后的代码如下：


class A




{


public:




A()




{


}


A(int id,char *t_name)




{


_id=id;


name=new char[strlen(t_name)+1];


strcpy(name,t_name);


}




A& operator =(A& a)
//注意：此处一定要返回对象的引用，否则返回后其值立即消失！




{
if(name!=NULL)
delete name;


this->_id=a._id;


int len=strlen(a.name);


name=new char[len+1];


strcpy(name,a.name);


return *this;


}




~A()




{


cout<<"~destructor"<<endl;


delete name;


}




int _id;


char *name;


};

int main()
{
A a(1,"herengang");
A b;
b=a;
}
其内存分配如下：



这样，在对象a,b退出相应的作用域，其调用相应的析构函数，然后释放分别属于不同heap空间的内存，程序正常结束。

references:
类的深拷贝函数的重载
public class A
{
public:
...
A(A &a);//重载拷贝函数
A& operator=(A &b);//重载赋值函数
//或者 我们也可以这样重载赋值运算符 void operator=(A &a);即不返回任何值。如果这样的话，他将不支持客户代买中的链式赋值 ，例如a=b=c will be prohibited!
private:
int _id;
char *username;
}

A::A(A &a)
{
_id=a._id;
username=new char[strlen(a.username)+1];
if(username!=NULL)
strcpy(username,a.usernam);
}

A& A::operaton=(A &a)
{
if(this==&a)// 问：什么需要判断这个条件？（不是必须，只是优化而已）。答案：提示：考虑a=a这样的操作。
return *this;
if(username!=NULL)
delete username;
_id=a._id;
username=new char[strlen(a.username)+1];
if(username!=NULL)
strcpy(username,a.usernam);
return *this;
}
//另外一种写法：
void A::operation=(A &a)
{
if(username!=NULL)
delete username;
_id=a._id;
username=new char[strlen(a.username)+1];
if(username!=NULL)
strcpy(username,a.usernam);
}

其实，从上可以看出，赋值运算符和拷贝函数很相似。只不过赋值函数最好有返回值（进行链式赋值），返回也最好是对象的引用（为什么不是对象本身呢？note2有讲解）， 而拷贝函数不需要返回任何。同时，赋值函数首先要释放掉对象自身的堆空间（如果需要的话），然后进行其他的operation.而拷贝函数不需要如此，因为对象此时还没有分配堆空间。

note1:
不要按值向函数传递对象。如果对象有内部指针指向动态分配的堆内存，丝毫不要考虑把对象按值传递给函数，要按引用传递。并记住：若函数不能改变参数对象的状态和目标对象的状态，则要使用const修饰符

note2:问题：
对于类的成员需要动态申请堆空间的类的对象，大家都知道，我们都最好要overload其赋值函数和拷贝函数。拷贝构造函数是没有任何返回类型 的，这点毋庸置疑。 而赋值函数可以返回多种类型，例如以上讲的void,类本身class1，以及类的引用 class &? 问，这几种赋值函数的返回各有什么异同？
答：1 如果赋值函数返回的是void ，我们知道，其唯一一点需要注意的是，其不支持链式赋值运算，即a=b=c这样是不允许的！
2 对于返回的是类对象本身，还是类对象的引用，其有着本质的区别！
第一：如果其返回的是类对象本身。
A operator =(A& a)
{
if(name!=NULL)
delete name;
this->_id=a._id;
int len=strlen(a.name);
name=new char[len+1];
strcpy(name,a.name);
return *this;
}
其过程是这样的：
class1 A("herengnag");
class1 B;
B=A;
看似简单的赋值操作，其所有的过程如下：
1 释放对象原来的堆资源
2 重新申请堆空间
3 拷贝源的值到对象的堆空间的值
4 创建临时对象（调用临时对象拷贝构造函数），将临时对象返回
5. 临时对象结束，调用临时对象析构函数，释放临时对象堆内存
my god,还真复杂！！
但是，在这些步骤里面，如果第4步，我们没有overload 拷贝函数，也就是没有进行深拷贝。那么在进行第5步释放临时对象的heap 空间时，将释放掉的是和目标对象同一块的heap空间。这样当目标对象B作用域结束调用析构函数时，就会产生错误！！
因此，如果赋值运算符返回的是类对象本身，那么一定要overload 类的拷贝函数（进行深拷贝）！
第二：如果赋值运算符返回的是对象的引用，
A& operator =(A& a)
{
if(name!=NULL)
delete name;
this->_id=a._id;
int len=strlen(a.name);
name=new char[len+1];
strcpy(name,a.name);
return *this;
}
那么其过程如下：
1 释放掉原来对象所占有的堆空间
 %3