C++: 复制构造函数

时间：2022-09-14 22:30:17

C++复制构造函数

标签（空格分隔）： C++

我们经常会需要用一个也已经存在的对象，去初始化新的对象，这时就需要一种特殊的构造函数——复制构造函数；
默认的复制构造函数可以实现对应数据成员一一复制；

复制构造函数定义

复制构造函数是一种特殊的构造函数，其形参为本类的对象引用。作用是用一个已存在的对象去初始化同类型的新对象。

class 类名 {
public :
    类名（形参）；//构造函数
    类名（const 类名 &对象名）；//复制构造函数
    // ...
};

类名::类（ const 类名 &对象名）//复制构造函数的实现
{ 函数体 }

隐含的复制构造函数

  • 如果程序员没有为类声明拷贝初始化构造函数，则编译器自己生成一个隐含的复制构造函数。
  • 这个构造函数执行的功能是：用作为初始值的对象的每个数据成员的值，初始化将要建立的对象的对应数据成员。

“=delete”

如果不希望对象被复制构造
▫ C++98做法：将复制构造函数声明为private，并且不提供函数的实现。
▫ C++11做法：用“=delete”指示编译器不生成默认复制构造函数。
例：

class Point { //Point 类的定义
public:
Point(int xx=0, int yy=0) { x = xx; y = yy; } //构造函数，内联
    Point(const Point& p) =delete; //指示编译器不生成默认复制构造函数
private:
int x, y; //私有数据
};

复制构造函数被调用的三种情况

  • 定义一个对象时，以本类另一个对象作为初始值，发生复制构造；
  • 如果函数的形参是类的对象，调用函数时，将使用实参对象初始化形参对象，发生复制构造；
  • 如果函数的返回值是类的对象，函数执行完成返回主调函数时，将使用return语句中的对象初始化一个临时无名对象，传递给主调函数，此时发生复制构造。

定义一个对象时，以本类另一个对象作为初始值，发生复制构造

class Point{
public:
Point(int a, int b){x=a; y=b;} // 构造函数 
        Point(const Point & p); // 复制构造函数
void setX(int a){ x = a; } 
void setY(int b){ y = b; }
int getX(){ return x; }
int getY(){ return y; }
private:
int x,y;
};

// 复制构造函数的实现 
Point::Point(const Point &p){
    x = p.x;
    y = p.y;
}

// 主函数
int main(int argc, char** argv) {
    Point point1(2,3);
    cout << point1.getX() << endl;
    Point point2(point1);
    cout << point2.getX() << endl;
return 0;
}

对象以值传递的方式传入函数参数

class Point{
public:
Point(int a, int b){x=a; y=b;} // 构造函数 
        Point(const Point & p); //复制构造函数
void setX(int a){ x = a; } 
void setY(int b){ y = b; }
int getX(){ return x; }
int getY(){ return y; }
private:
int x,y;
};

// 复制构造函数的实现 
Point::Point(const Point &p){
    x = p.x;
    y = p.y;
}

// 形参为Point类对象void
void function1(Point p){
    cout << p.getY() << endl;
}

// 主函数 
int main(int argc, char** argv) {
    Point point1(2,3);
    function1(point1);
return 0;
}

对象以值传递的方式从函数返回

class Point{
public:
Point(int a, int b){x=a; y=b;} // 构造函数 
        Point(const Point & p); //复制构造函数
void setX(int a){ x = a; } 
void setY(int b){ y = b; }
int getX(){ return x; }
int getY(){ return y; }
private:
int x,y;
};

// 复制构造函数的实现 
Point::Point(const Point &p){
    x = p.x;
    y = p.y;
}

//返回值为Point类对象
Point function2(){
    Point a(4, 5);
return a;
} 

// 主函数 
int main(int argc, char** argv) {
    Point c = function2();
    cout << c.getY() << endl;
return 0;
}

浅拷贝和深拷贝

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：

Point(const Point & p){
 x = p.x;
 y = p.y;
}

当然，以上代码不用我们编写，编译器会为我们自动生成。

但是问题来了，请看下面问题：

class Point{
public:
        Point(int a, int b); // 构造函数 
        ~Point(); // 析构函数 
        Point(const Point & p); //复制构造函数
static int showCount(); // 显示count数 
private:
int x,y;
static int count;
};

// 构造函数 
Point::Point(int a, int b){
    x = a;
    y = b;
count++;
}

// 析构函数
Point::~Point(){
count--;
} 

// 复制构造函数的实现 
Point::Point(const Point &p){
    x = p.x;
    y = p.y;
}

// 显示count数 
int Point::showCount(){
return count; 
} 

// 初始化计数器 
int Point::count = 0;

// 主函数 
int main(int argc, char** argv) {
    Point point1(2,3);
    cout << "count=" << Point::showCount() << endl;
    Point point2(point1);
    cout << "count=" << Point::showCount() << 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point1，输出此时的对象个数，然后使用rect1复制出对象point2，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。

问题来了：拷贝构造函数没有处理静态数据成员

重新编写代码如下：

class Point{
public:
        Point(int a, int b); // 构造函数 
        ~Point(); // 析构函数 
        Point(const Point & p); //复制构造函数
static int showCount(); // 显示count数 
private:
int x,y;
static int count;
};

// 构造函数 
Point::Point(int a, int b){
    x = a;
    y = b;
count++;
}

// 析构函数
Point::~Point(){
count--;
} 

// 复制构造函数的实现 
Point::Point(const Point &p){
    x = p.x;
    y = p.y;
count++;
}

// 显示count数 
int Point::showCount(){
return count; 
} 

// 初始化计数器 
int Point::count = 0;

// 主函数 
int main(int argc, char** argv) {
    Point point1(2,3);
    cout << "count=" << Point::showCount() << endl;
    Point point2(point1);
    cout << "count=" << Point::showCount() << endl;

return 0;
}

问题解决

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，那么浅拷贝就会出问题了，让我们考虑如下一段代码：

class Point{
public:
Point(int a, int b); // 构造函数 
        ~Point(); // 析构函数 
private:
int x,y;
int* p;
};

// 构造函数 
Point::Point(int a, int b){
    x = a;
    y = b;
    p = new int(100);
}

// 析构函数
Point::~Point(){
if(p != NULL){
        delete p;
    }
} 

// 主函数 
int main(int argc, char** argv) {
    Point point1(2,3);
    Point point2(point1);

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point1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：

C++: 复制构造函数

在使用point1复制point2时，由于执行的是浅拷贝，只是将成员的值进行赋值，这时 point1.p = point2.p，也即这两个指针指向了堆里的同一个空间，如下图所示：

C++: 复制构造函数

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”。

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：

class Point{
public:
Point(int a, int b); // 构造函数 
        ~Point(); // 析构函数 
        Point(const Point & p); //复制构造函数
private:
int x,y;
int* p;
};

// 构造函数 
Point::Point(int a, int b){
    x = a;
    y = b;
    p = new int(100);
}

// 析构函数
Point::~Point(){
if(p != NULL){
        delete p;
    }
} 

// 复制构造函数的实现 
Point::Point(const Point &q){
    x = q.x;
    y = q.y;
    p = new int;    // 为新对象重新动态分配空间 
    *p = *(q.p); 
}


// 主函数 
int main(int argc, char** argv) {
    Point point1(2,3);
    Point point2(point1);

return 0;
}

此时，在完成对象的复制后，内存的一个大致情况如下：

C++: 复制构造函数

此时point1的p和point22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”。
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