C++中构造函数、复制构造函数和赋值操作符

C++中构造函数、复制构造函数和赋值操作符三者分别何时被调用很容易让人犯迷糊，下面结合例子就这个问题讨论一下。

假设我们有如下代码段：

[cpp] view
plaincopyprint?

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

class Foo {

public:

Foo() {

cout << "Foo constructor" << endl;

}

Foo(const Foo&) {

cout << "Foo copy constructor" << endl;

}

Foo& operator= (const Foo&) {

cout << "Foo operator =" << endl;

return *this;

}

~Foo() {

cout << "Foo destructor" << endl;

}

};

int f(Foo) {

return 0;

}

int g(const Foo&) {

return 0;

}

Foo h() {

Foo foo;

return foo;

}

int main(void) {

Foo vf1;

f(vf1);

g(vf1);

Foo vf2 = vf1;

vf2 = h();

Foo *pf = new Foo();

delete pf;

vector<Foo> vecf(3);

return 0;

}

我们这里通过考察main函数的输出来分析构造函数、复制构造函数和赋值操作符的行为差异。

类Foo很简单，只定义了默认构造函数(default constructor)、复制构造函数(copy constructor)和析构函数(destructor)，并对赋值操作符=进行了重载。每个函数向标准输出打印一段信息，以标识自己正在被调用。

此外，我们定义了三个全局函数f、g和h，它们的输入参数和返回值各有特点，是C++中函数调用的典型。f通过传值调用接受一个类参数；g的输入参数传引用调用；h构造一个局部的类对象并返回。

第31行代码构造一个Foo类对象，显然默认构造函数被调用，输出：

Foo constructor。

第32行向函数f传入刚才构造的对象vf1，输出：

Foo copy constructor

Foo destructor

这里为什么首先复制构造函数被调用呢？这与f的参数是传值调用有关。为了在函数f的框架内产生一个局部Foo类对象，我们必须以原有的Foo类对象为样板生成一个新的Foo类对象，新对象是原对象的copy。这里生成新对象的过程是用复制构造函数描述的，虽然这个例子里它没有做什么有意义的事情。之后函数f返回，该局部对象超出作用域，于是析构函数被调用来释放资源。

第33行我们把同样的对象vf1传给函数g，该行代码无输出。（引用传参）

原因在于函数作用的对象就是存在于main里的对象vf1本身，没有局部对象的产生，也没有对象的返回。

第34行用对象vf1对vf2进行"赋值"，该行代码输出：

Foo copy constructor
这里"赋值"我们用的是=操作符，看似应该operator=被调用，其实不然。该行代码等价于首先声明一个新的Foo类对象vf2，然后用vf1对vf2进行初始化。之前vf2没有被创建，所以这里是一个从无到有的过程，该过程必然要调用构造函数，而且是复制构造函数。

第35行的输出是我们要重点考察的对象。这里我采用g++编译上述代码产生输出：

Foo constructor

Foo operator =

Foo destructor

不过需要知道的是，这一输出并不能真实反映在执行代码vf2 = h();的时候究竟发生了哪些事情。之所以这么说，是因为编译器暗中进行了"返回值优化"(return value optimisation)。如果想看看不执行优化的情况下产生的输出是什么样子，可以尝试关闭编译器的优化选项。不过貌似g++无论如何都会进行返回值优化(曾尝试通过输入参数-O0调整g++优化级别但没有效果，如何彻底关闭g++的优化功能请指教)，所以这里转战VS平台，可以观察到我们想要的结果。编译前选择Debug模式，得到输出：

Foo constructor

Foo copy constructor

Foo destructor

Foo operator =

Foo destructor
这才体现了所有背后隐藏的秘密。首先函数h构造一个局部Foo类对象foo，所以默认构造函数被调用；然后函数按值返回这个局部变量，这里为了保存函数返回的结果我们需要一个临时对象(temporary object)。临时对象是一个匿名的不可见对象，它会在两种情况下产生：一是在给函数传递参数时发生隐式类型转换，二是函数按值返回类对象。这个概念详细可参见Scott
Meyers所著的More Effective C++一书中的Item 19和Item 20。回到我们的程序中，为了产生这个临时对象，必须调用复制构造函数来拷贝当前的局部对象foo，所以可以看到程序打印Foo copy constructor。一旦函数的返回值被保存，函数返回，那么局部变量foo就会超出作用域，因而析构函数被调用来释放foo。接下来我们用函数h的返回值给vf2赋值，这才是真正意义上的赋值，调用重载的赋值操作符。那么有人就会问了，为什么这里不是调用复制构造函数呢?很简单，vf2对象在重新赋值前已经存在，它的构造发生在代码第34行，无论如何都不可能对一个已经存在于内存中的对象重新去调用一遍构造函数的。这里我们用一个同类型的临时对象来给vf2重新赋值，所以产生Foo
operator =的输出。编译器可以检测出临时对象生命周期，知道它什么时候被创建，什么时候被释放。那么好了，这里临时对象已经完成全部使命，因而调用析构函数将其释放，函数h最后的返回值存在于对象vf2中。这样我们合理解释了该行语句背后发生的所有事情。

还没完，我们在VS下选择Release模式再来看看程序输出，得到：

Foo constructor

Foo operator =

Foo destructor
输出很神奇地变成了3行，其原因就是刚才提到的返回值优化。返回值优化的目的就是为了省去临时对象的创建和销毁的巨大开销，这种开销对程序员不可见，但是会潜在对程序性能产生很大影响。与其让程序员通过其它非常规途径去避免这种开销，不如让编译器在保证程序语义正确的前提下自动对代码进行的优化，这就是返回值优化的动机。我们可以从标准输出看到，编译器加入了返回值优化以后，我们只用构造局部对象，调用赋值操作符对vf2进行赋值，最后销毁局部对象，整个过程都没有临时对象的介入。关于返回值优化还可参见Bruce
Eckel所著Thinking in C++中文版第2版第1卷P279运算符重载这一章节。

第36和第37行用pf在堆上new一个Foo对象并显式delete语句释放，毫无疑问分别调用默认构造函数和析构函数，因而输出：

Foo constructor

Foo destructor

第38行声明了一个Foo的vector容器，该vector的初始长度为3，输出：

Foo constructor

Foo copy constructor

Foo copy constructor

Foo copy constructor

Foo destructor

是不是有点奇怪呢？我们知道，当我们声明一个具有初始长度的类容器的时候，编译器会自动调用该类的构造函数对容器进行初始化，所以一般会认为产生3个Foo constructor的输出。实际上，这里的过程是首先生成一个临时对象，然后以该临时对象为蓝本进行copy，即调用3次复制构造函数将临时对象复制到容器中的每个元素，这时临时对象已经完成其使命，因而编译器调用析构函数将其释放。

main函数返回时将vector中的3个Foo类对象进行释放，除此之外还有之前产生的局部对象vf1和vf2。注意这里析构函数的调用顺序一定是与构造的顺序相反的，这点在上述输出中体现不出来。

综上所述，C++中如果对象还没有被创建，无论是写成A(a)还是A = a的形式，构造函数一定被调用，不要被=迷惑。至于是复制构造函数还是普通构造函数，就要看传入的参数类型了。从另外一个角度说，赋值操作符只作用于已经存在的对象，这是判断是调用构造函数还是赋值操作符的标准。