C++拷贝构造函数详解
2015-06-04 21:49
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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 plaincopyprint?
int a = 100;
int b = a;
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 plaincopyprint?
#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;
}
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 plaincopyprint?
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;
}
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 plaincopyprint?
Rect::Rect(const Rect& r)
{
width = r.width;
height = r.height;
}
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 plaincopyprint?
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
};
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 plaincopyprint?
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
};
[b]四. 拷贝构造函数的几个细节[/b]
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 plaincopyprint?
X::X(const X&);
X::X(X);
X::X(X&, int a=1);
X::X(X&, int a=1, int b=2);
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 plaincopyprint?
class X {
public:
X(const X&);
// const 的拷贝构造
X(X&); // 非const的拷贝构造
};
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。
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 plaincopyprint?
int a = 100;
int b = a;
[c-sharp] view plaincopyprint? #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; } #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 plaincopyprint?
#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;
}
[c-sharp] view plaincopyprint? 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; } 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
[c-sharp]
view plaincopyprint?
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;
}
[c-sharp] view plaincopyprint? CExample A(100); CExample B = A; // CExample B(A); 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：
[c-sharp]
view plaincopyprint?
Rect::Rect(const Rect& r)
{
width = r.width;
height = r.height;
}
[c-sharp] view plaincopyprint? 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; } 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：
[c-sharp]
view plaincopyprint?
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
};
[c-sharp] view plaincopyprint? 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; } 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：
[c-sharp]
view plaincopyprint?
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
};
[c-sharp] view plaincopyprint? // 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; } // 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; }
[b]四. 拷贝构造函数的几个细节[/b]
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 plaincopyprint?
X::X(const X&);
X::X(X);
X::X(X&, int a=1);
X::X(X&, int a=1, int b=2);
[c-sharp] view plaincopyprint? 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。
[c-sharp]
view plaincopyprint?
class X {
public:
X(const X&);
// const 的拷贝构造
X(X&); // 非const的拷贝构造
};
[c-sharp] view plaincopyprint? class X { public: X(); X(X&); }; const X cx; X x = cx; // error 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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