c++拷贝构造函数、赋值运算符=重载、深拷贝与浅拷贝

 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。
    如果对象在声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）;//classB=A;(注意定义的同事调用“=”，其实是调用的拷贝构造函数)
     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

 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?

1. X::X(const X&);      
2. X::X(X);      
3. X::X(X&, int a=1);      
4. X::X(X&, int a=1, int b=2);  

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.

[c-sharp] view plaincopyprint?

1. X::X(const X&);  //是拷贝构造函数      
2. X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数     
3. 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?

1. class X {   
2. public:         
3.   X(const X&);      // const 的拷贝构造  
4.   X(X&);            // 非const的拷贝构造  
5. };  

class X { public: X(const X&); // const 的拷贝构造 X(X&); // 非const的拷贝构造};
注意,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.

[c-sharp] view plaincopyprint?

1. class X {      
2. public:  
3.   X();      
4.   X(X&);  
5. };      
6.   
7. const X cx;      
8. 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。
 很明显，没有调用拷贝构造函数