C++中的拷贝构造函数

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:

  1. int a = 100; 
  2. 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。

  1. #include <iostream> 
  2. usingnamespace std; 
  3.  
  4. class CExample { 
  5. private
  6.      int a; 
  7. public
  8.       //构造函数 
  9.      CExample(int b) 
  10.      { a = b;} 
  11.  
  12.       //一般函数 
  13.      void Show () 
  14.      { 
  15.         cout<<a<<endl; 
  16.       } 
  17. }; 
  18.  
  19. int main() 
  20.      CExample A(100); 
  21.      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 
  22.       B.Show (); 
  23.      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。

  1. #include <iostream> 
  2. usingnamespace std; 
  3.  
  4. class CExample { 
  5. private
  6.     int a; 
  7. public
  8.     //构造函数 
  9.     CExample(int b) 
  10.     { a = b;} 
  11.      
  12.     //拷贝构造函数 
  13.     CExample(const CExample& C) 
  14.     { 
  15.         a = C.a; 
  16.     } 
  17.  
  18.     //一般函数 
  19.     void Show () 
  20.     { 
  21.         cout<<a<<endl; 
  22.     } 
  23. }; 
  24.  
  25. int main() 
  26.     CExample A(100); 
  27.     CExample B = A; // CExample B(A); 也是一样的 
  28.      B.Show (); 
  29.     return 0; 
  30. }  

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

 

  1. class CExample  
  2. private
  3. int a; 
  4.  
  5. public
  6. //构造函数 
  7. CExample(int b) 
  8. {  
  9.   a = b; 
  10.   cout<<"creat: "<<a<<endl; 
  11.  
  12. //拷贝构造 
  13. CExample(const CExample& C) 
  14.   a = C.a; 
  15.   cout<<"copy"<<endl; 
  16.   
  17. //析构函数 
  18. ~CExample() 
  19.   cout<< "delete: "<<a<<endl; 
  20.  
  21.      void Show () 
  22.          cout<<a<<endl; 
  23.      } 
  24. }; 
  25.  
  26. //全局函数,传入的是对象 
  27. void g_Fun(CExample C) 
  28. cout<<"test"<<endl; 
  29.  
  30. int main() 
  31. CExample test(1); 
  32. //传入对象 
  33. g_Fun(test); 
  34.  
  35. 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

  1. class CExample  
  2. private
  3. int a; 
  4.  
  5. public
  6. //构造函数 
  7. CExample(int b) 
  8. {  
  9.   a = b; 
  10.  
  11. //拷贝构造 
  12. CExample(const CExample& C) 
  13.   a = C.a; 
  14.   cout<<"copy"<<endl; 
  15.  
  16.      void Show () 
  17.      { 
  18.          cout<<a<<endl; 
  19.      } 
  20. }; 
  21.  
  22. //全局函数 
  23. CExample g_Fun() 
  24. CExample temp(0); 
  25. return temp; 
  26.  
  27. int main() 
  28. g_Fun(); 
  29. return 0; 

当g_Fun()函数执行到return时,会产生以下几个重要步骤: (1). 先会产生一个临时变量,就叫XXXX吧。
(2). 然后调用拷贝构造函数把temp的值给XXXX。整个这两个步骤有点像:CExample XXXX(temp); (3). 在函数执行到最后先析构temp局部变量。
(4). 等g_Fun()执行完后再析构掉XXXX对象。

 

3. 对象需要通过另外一个对象进行初始化;

  1. CExample A(100); 
  2. CExample B = A;  
  3. // 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:

  1. Rect::Rect(const Rect& r) 
  2.     width = r.width; 
  3.     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,让我们来考虑以下一段代码:

  1. class Rect 
  2. public
  3.     Rect()      // 构造函数,计数器加1 
  4.     { 
  5.         count++; 
  6.     } 
  7.     ~Rect()     // 析构函数,计数器减1 
  8.     { 
  9.         count--; 
  10.     } 
  11.     staticint getCount()       // 返回计数器的值 
  12.     { 
  13.         return count; 
  14.     } 
  15. private
  16.     int width; 
  17.     int height; 
  18.     staticint count;       // 一静态成员做为计数器 
  19. }; 
  20.  
  21. int Rect::count = 0;        // 初始化计数器 
  22.  
  23. int main() 
  24.     Rect rect1; 
  25.     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl; 
  26.  
  27.     Rect rect2(rect1);   // 使用rect1复制rect2,此时应该有两个对象 
  28.      cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl; 
  29.  
  30.     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

  1. class Rect 
  2. public
  3.     Rect()      // 构造函数,计数器加1 
  4.     { 
  5.         count++; 
  6.     } 
  7.     Rect(const Rect& r)   // 拷贝构造函数 
  8.     { 
  9.         width = r.width; 
  10.         height = r.height; 
  11.         count++;          // 计数器加1 
  12.     } 
  13.     ~Rect()     // 析构函数,计数器减1 
  14.     { 
  15.         count--; 
  16.     } 
  17.     staticint getCount()   // 返回计数器的值 
  18.     { 
  19.         return count; 
  20.     } 
  21. private
  22.     int width; 
  23.     int height; 
  24.     staticint count;       // 一静态成员做为计数器 
  25. }; 

 

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,那么浅拷贝就会出问题了,让我们考虑如下一段代码:

  1. class Rect 
  2. public
  3.     Rect()      // 构造函数,p指向堆中分配的一空间 
  4.     { 
  5.         p = newint(100); 
  6.     } 
  7.     ~Rect()     // 析构函数,释放动态分配的空间 
  8.     { 
  9.         if(p != NULL) 
  10.         { 
  11.             delete p; 
  12.         } 
  13.     } 
  14. private
  15.     int width; 
  16.     int height; 
  17.     int *p;     // 一指针成员 
  18. }; 
  19.  
  20. int main() 
  21.     Rect rect1; 
  22.     Rect rect2(rect1);   // 复制对象 
  23.     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,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:

  1. class Rect 
  2. public
  3.     Rect()      // 构造函数,p指向堆中分配的一空间 
  4.     { 
  5.         p = newint(100); 
  6.     } 
  7.     Rect(const Rect& r) 
  8.     { 
  9.         width = r.width; 
  10.         height = r.height; 
  11.         p = newint;    // 为新对象重新动态分配空间 
  12.         *p = *(r.p); 
  13.     } 
  14.     ~Rect()     // 析构函数,释放动态分配的空间 
  15.     { 
  16.         if(p != NULL) 
  17.         { 
  18.             delete p; 
  19.         } 
  20.     } 
  21. private
  22.     int width; 
  23.     int height; 
  24.     int *p;     // 一指针成员 
  25. }; 

 

此时,在完成对象的复制后,内存的一个大致情况如下:

 

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”。

 

3. 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。

// 防止按值传递 
  1. class CExample  
  2. private
  3.     int a; 
  4.  
  5. public
  6.     //构造函数 
  7.     CExample(int b) 
  8.     {  
  9.         a = b; 
  10.         cout<<"creat: "<<a<<endl; 
  11.     } 
  12.  
  13. private
  14.     //拷贝构造,只是声明 
  15.     CExample(const CExample& C); 
  16.  
  17. public
  18.     ~CExample() 
  19.     { 
  20.         cout<< "delete: "<<a<<endl; 
  21.     } 
  22.  
  23.     void Show () 
  24.     { 
  25.         cout<<a<<endl; 
  26.     } 
  27. }; 
  28.  
  29. //全局函数 
  30. void g_Fun(CExample C) 
  31.     cout<<"test"<<endl; 
  32.  
  33. int main() 
  34.     CExample test(1); 
  35.     //g_Fun(test); 按值传递将出错 
  36.      
  37.     return 0; 
  38. }  

 

 

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?

 
  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); 

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.

 

 
  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 

 

 

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。

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

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.

 class X {     

  1. public
  2.   X();     
  3.   X(X&); 
  4. };     
  5.  
  6. const X cx;     
  7. 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&)X::X(X&),由编译器根据上下文决定选择哪一个。

posted @ 2013-07-19 10:24  lysxc  阅读(202)  评论(0编辑  收藏  举报