C++本质：类的赋值运算符=的重载，以及深拷贝和浅拷贝

转自：http://www.cnblogs.com/Winston/archive/2008/06/03/1212700.html

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()


{


}


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

1.申请一块新的堆内存

2 将源对象的堆内存的值copy给新的堆内存

3 返回源对象的引用

4 结束。

因此，如果赋值运算符返回的是对象引用，那么其不会调用类的拷贝构造函数，这是问题的关键所在！！

完整代码如下：


// virtual.cpp : Defines the entry point for the console application.


//




#include "stdafx.h"


#include "string.h"


#include "stdlib.h"


#include "assert.h"




class complex


{


public:


int real;


int virt;


public:


complex(){real=virt=0;}


complex(int treal,int tvirt){real=treal;virt=tvirt;}


complex operator+(const complex &x)


{


real+=x.real;


virt+=x.virt;


return *this;


}


complex operator=(const complex &x)


{


return complex(x.real,x.virt);


}


};






class A


{


public:


A(){m_username=NULL;printf("null constructor");}


A(char *username)


{


int len;


len=strlen(username);


m_username=new char[len+1];//(char*)malloc(sizeof(len+1));


strcpy(m_username,username);


printf("\nUsername is %s\n",m_username);


}




A(A &a);


A operator=(A &b);


int test(const int &x)


{


return x;


}




virtual ~A()


{


// if(m_username)


{


delete m_username;


printf("\nA is destructed\n");


}


}








protected:


char *m_username;




};








A::A(A &a)


{




int len=strlen(a.m_username);


this->m_username=new char[len+2];


strcpy(m_username,a.m_username);


strcat(m_username,"f");


printf("\ndeep copy function");


}






A A::operator=(A &b)


{


if(m_username)


delete m_username;




int len=strlen(b.m_username);


this->m_username=new char[len+1];


strcpy(m_username,b.m_username);


// printf("copied successfully!");


return *this;


}








class B:public A


{


public:


B(char *username,char *password):A(username)


{


int len=strlen(password)+1;


m_password=new char[len];//(char *)malloc(sizeof(len));


strcpy(m_password,password);


printf("username:%s,password:%s\n",m_username,m_password);


}


~B()


{


delete m_password;


printf("B is destructed\n");


}


protected:


char *m_password;


};




int main(int argc, char* argv[])


{


// B b("herengang","982135");


// A *a=&b;


// delete a;


A a("haha");


A b;




printf("\nbegin to invoke copy function");


b=a;




// printf("%d",b.test(2));


//complex x(1,3),y(1,4);


//x=(x+y);


//printf("%d,%d",x.real,x.virt);


return 0;






}





1 重载赋值运算符返回结果为类对象的运行结果



明显， 运算符最后调用了拷贝构造函数

2 重载赋值运算符返回结果为类对象引用的运行结果



很明显，没有调用拷贝构造函数