C++拷贝构造函数详解

本文转载自C++拷贝构造函数详解

一. 什么是拷贝构造函数

对于普通类型的对象来说，它们之间的复制是很简单的。

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:
CExample(int b)
{
a=b;
}
void Show()
{
cout<<a<<endl;
}
};

int main()
{
CExample A(100);
CExample B=A;
B.Show();
}

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:
CExample(int b)
{
a=b;
}
CExample(const CExample& C)
{
a=C.a;
}
void Show()
{
cout<<a<<endl;
}
};

int main()
{
CExample A(100);
CExample B=A;
B.Show();
}

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

#include<iostream>
using namespace std;

class CExample
{
private:
int a;
public:
CExample(int b)
{
a=b;
cout<<"creat: "<<a<<endl;
}
CExample(const CExample& C)
{
a=C.a;
cout<<"copy"<<endl;
}
~CExample()
{
cout<< "delete: "<<a<<endl;
}
void Show()
{
cout<<a<<endl;
}
};

void g_Fun(CExample C)
{
cout<<"test"<<endl;
}

int main()
{
CExample test(1);
g_Fun(test);
}

调用g_Fun()时，会产生以下几个重要步骤：

(1)test对象传入形参时产生一个临时变量temp。

(2)调用拷贝构造函数把test的值给temp。

(3)等g_Fun()执行完后析构掉temp对象。

2. 对象以值传递的方式从函数返回

#include<iostream>
using namespace std;

class CExample
{
private:
int a;
public:
CExample(int b)
{
a=b;
cout<<"creat: "<<a<<endl;
}
CExample(const CExample& C)
{
a=C.a;
cout<<"copy"<<endl;
}
~CExample()
{
cout<<"delete: "<<a<<endl;
}
void Show()
{
cout<<a<<endl;
}
};

CExample g_Fun()
{
CExample test(1);
return test;
}

int main()
{
g_Fun();
}

当g_Fun()执行到return时，会产生以下几个重要步骤：

(1)产生一个临时变量temp。

(2)调用拷贝构造函数把test的值给temp。

(3)在函数执行到最后先析构test局部变量。

(4)等g_Fun()执行完后再析构掉temp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，它一般具有下面形式。

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。

#include<iostream>
using namespace std;

class Rect
{
public:
Rect()
{
count++;
}
~Rect()
{
count--;
}
static int getCount()
{
return count;
}
private:
int width;
int height;
static int count;
};

int Rect::count=0;

int main()
{
Rect rect1;
cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
Rect rect2(rect1);
cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
}

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。

#include<iostream>
using namespace std;

class Rect
{
public:
Rect()
{
count++;
}
Rect(const Rect& r)
{
width=r.width;
height=r.height;
count++;
}
~Rect()
{
count--;
}
static int getCount()
{
return count;
}
private:
int width;
int height;
static int count;
};

int Rect::count=0;

int main()
{
Rect rect1;
cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
Rect rect2(rect1);
cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
}

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，浅拷贝就会出问题了。

#include<iostream>
using namespace std;

class Rect
{
public:
Rect()
{
p=new int(100);
}
~Rect()
{
if(p!=NULL)
{
delete p;
}
}
private:
int width;
int height;
int *p;
};

int main()
{
Rect rect1;
Rect rect2(rect1);
}

执行赋值后的内存情况如下：



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下面的方式进行处理。

#include<iostream>
using namespace std;

class Rect
{
public:
Rect()
{
p=new int(100);
}
Rect(const Rect& r)
{
width=r.width;
height=r.height;
p=new int;
*p=*(r.p);
}
~Rect()
{
if(p!=NULL)
{
delete p;
}
}
private:
int width;
int height;
int *p;
};

int main()
{
Rect rect1;
Rect rect2(rect1);
}

执行赋值后的内存情况如下：



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。

4. 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。

#include<iostream>
using namespace std;

class CExample
{
private:
int a;
CExample(const CExample& C);
public:
CExample(int b)
{
a=b;
cout<<"creat: "<<a<<endl;
}
~CExample()
{
cout<< "delete: "<<a<<endl;
}
void Show()
{
cout<<a<<endl;
}
};

void g_Fun(CExample C)
{
cout<<"test"<<endl;
}

int main()
{
CExample test(1);
//g_Fun(test); 按值传递将出错
}

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实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);

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。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&)或 X::X(X&)，由编译器根据上下文决定选择哪一个。