深入理解拷贝构造函数

问题描述：

        拷贝构造函数

 

问题解决：

        转载于 http://blog.csdn.net/lwbeyond/article/details/6202256#

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：

[c-sharp] view plaincopy
  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。

[c-sharp] view plaincopy
  1. #include <iostream> 
  2. using namespace 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. { 
  21.      CExample A(100); 
  22.      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 
  23.       B.Show (); 
  24.      return 0; 
  25. } 

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。

[c-sharp] view plaincopy
  1. #include <iostream> 
  2. using namespace 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. { 
  27.     CExample A(100); 
  28.     CExample B = A; // CExample B(A); 也是一样的 
  29.      B.Show (); 
  30.     return 0; 
  31. }  


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

[c-sharp] view plaincopy
  1. class CExample  
  2. { 
  3. private: 
  4.  int a; 
  5.  
  6. public: 
  7.  //构造函数 
  8. CExample(int b) 
  9. {  
  10.   a = b; 
  11.   cout<<"creat: "<<a<<endl; 
  12. } 
  13.  
  14.  //拷贝构造 
  15. CExample(const CExample& C) 
  16. { 
  17.   a = C.a; 
  18.   cout<<"copy"<<endl; 
  19. } 
  20.   
  21.  //析构函数 
  22. ~CExample() 
  23. { 
  24.   cout<< "delete: "<<a<<endl; 
  25. } 
  26.  
  27.      void Show () 
  28. { 
  29.          cout<<a<<endl; 
  30.      } 
  31. }; 
  32.  
  33. //全局函数，传入的是对象 
  34. void g_Fun(CExample C) 
  35. { 
  36. cout<<"test"<<endl; 
  37. } 
  38.  
  39. int main() 
  40. { 
  41. CExample test(1); 
  42.  //传入对象 
  43. g_Fun(test); 
  44.  
  45.  return 0; 
  46. } 


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

[c-sharp] view plaincopy
  1. class CExample  
  2. { 
  3. private: 
  4.  int a; 
  5.  
  6. public: 
  7.  //构造函数 
  8. CExample(int b) 
  9. {  
  10.   a = b; 
  11. } 
  12.  
  13.  //拷贝构造 
  14. CExample(const CExample& C) 
  15. { 
  16.   a = C.a; 
  17.   cout<<"copy"<<endl; 
  18. } 
  19.  
  20.      void Show () 
  21.      { 
  22.          cout<<a<<endl; 
  23.      } 
  24. }; 
  25.  
  26. //全局函数 
  27. CExample g_Fun() 
  28. { 
  29. CExample temp(0); 
  30.  return temp; 
  31. } 
  32.  
  33. int main() 
  34. { 
  35. g_Fun(); 
  36.  return 0; 
  37. } 


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；

[c-sharp] view plaincopy
  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：

[c-sharp] view plaincopy
  1. Rect::Rect(const Rect& r) 
  2. { 
  3.     width = r.width; 
  4.     height = r.height; 
  5. } 

 
    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：

 
[c-sharp] view plaincopy
  1. class Rect 
  2. { 
  3. public: 
  4.     Rect()      // 构造函数，计数器加1 
  5.     { 
  6.         count++; 
  7.     } 
  8.     ~Rect()     // 析构函数，计数器减1 
  9.     { 
  10.         count--; 
  11.     } 
  12.     static int getCount()       // 返回计数器的值 
  13.     { 
  14.         return count; 
  15.     } 
  16. private: 
  17.     int width; 
  18.     int height; 
  19.     static int count;       // 一静态成员做为计数器 
  20. }; 
  21.  
  22. int Rect::count = 0;        // 初始化计数器 
  23.  
  24. int main() 
  25. { 
  26.     Rect rect1; 
  27.     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl; 
  28.  
  29.     Rect rect2(rect1);   // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象 
  30.      cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl; 
  31.  
  32.     return 0; 
  33. } 

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：

[c-sharp] view plaincopy
  1. class Rect 
  2. { 
  3. public: 
  4.     Rect()      // 构造函数，计数器加1 
  5.     { 
  6.         count++; 
  7.     } 
  8.     Rect(const Rect& r)   // 拷贝构造函数 
  9.     { 
  10.         width = r.width; 
  11.         height = r.height; 
  12.         count++;          // 计数器加1 
  13.     } 
  14.     ~Rect()     // 析构函数，计数器减1 
  15.     { 
  16.         count--; 
  17.     } 
  18.     static int getCount()   // 返回计数器的值 
  19.     { 
  20.         return count; 
  21.     } 
  22. private: 
  23.     int width; 
  24.     int height; 
  25.     static int count;       // 一静态成员做为计数器 
  26. }; 

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：

[c-sharp] view plaincopy
  1. class Rect 
  2. { 
  3. public: 
  4.     Rect()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间 
  5.     { 
  6.         p = new int(100); 
  7.     } 
  8.     ~Rect()     // 析构函数，释放动态分配的空间 
  9.     { 
  10.         if(p != NULL) 
  11.         { 
  12.             delete p; 
  13.         } 
  14.     } 
  15. private: 
  16.     int width; 
  17.     int height; 
  18.     int *p;     // 一指针成员 
  19. }; 
  20.  
  21. int main() 
  22. { 
  23.     Rect rect1; 
  24.     Rect rect2(rect1);   // 复制对象 
  25.     return 0; 
  26. } 

    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：

 0_1298440885fFHF[8]

 

    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：

0_1298440940377T[8]

 

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如下的方式进行处理：

[c-sharp] view plaincopy
  1. class Rect 
  2. { 
  3. public: 
  4.     Rect()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间 
  5.     { 
  6.         p = new int(100); 
  7.     } 
  8.     Rect(const Rect& r) 
  9.     { 
  10.         width = r.width; 
  11.         height = r.height; 
  12.         p = new int;    // 为新对象重新动态分配空间 
  13.         *p = *(r.p); 
  14.     } 
  15.     ~Rect()     // 析构函数，释放动态分配的空间 
  16.     { 
  17.         if(p != NULL) 
  18.         { 
  19.             delete p; 
  20.         } 
  21.     } 
  22. private: 
  23.     int width; 
  24.     int height; 
  25.     int *p;     // 一指针成员 
  26. }; 

此时，在完成对象的复制后，内存的一个大致情况如下：

 

0_12984409785Oby[8]

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。

[c-sharp] view plaincopy
  1. // 防止按值传递 
  2. class CExample  
  3. { 
  4. private: 
  5.     int a; 
  6.  
  7. public: 
  8.     //构造函数 
  9.     CExample(int b) 
  10.     {  
  11.         a = b; 
  12.         cout<<"creat: "<<a<<endl; 
  13.     } 
  14.  
  15. private: 
  16.     //拷贝构造，只是声明 
  17.     CExample(const CExample& C); 
  18.  
  19. public: 
  20.     ~CExample() 
  21.     { 
  22.         cout<< "delete: "<<a<<endl; 
  23.     } 
  24.  
  25.     void Show () 
  26.     { 
  27.         cout<<a<<endl; 
  28.     } 
  29. }; 
  30.  
  31. //全局函数 
  32. void g_Fun(CExample C) 
  33. { 
  34.     cout<<"test"<<endl; 
  35. } 
  36.  
  37. int main() 
  38. { 
  39.     CExample test(1); 
  40.     //g_Fun(test); 按值传递将出错 
  41.      
  42.     return 0; 
  43. }  

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?

[c-sharp] view plaincopy
  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.

[c-sharp] view plaincopy
  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。

[c-sharp] view plaincopy
  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. }; 


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 plaincopy
  1. class X {     
  2. public: 
  3.   X();     
  4.   X(X&); 
  5. };     
  6.  
  7. const X cx;     
  8. 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。

posted @ 2013-10-21 22:45  罗松超  阅读(602)  评论(0)  编辑  收藏  举报