一. 什么是拷貝構造函數
首先對于普通類型的對象來說,它們之間的復制是很簡單的,例如:
- int?a?=?100;??
- int?b?=?a; ??
而類對象與普通對象不同,類對象內部結構一般較為復雜,存在各種成員變量。
下面看一個類對象拷貝的簡單例子。
- #include?<iostream>??
- using?namespace?std;??
- ??
- class?CExample?{??
- private:??
- ???? int?a;??
- public:??
- ??????//構造函數??
- ???? CExample(int?b)??
- ???? {?a?=?b;}??
- ??
- ??????//一般函數??
- ???? void?Show?()??
- ???? {??
- ????????cout<<a<<endl;??
- ??????}??
- };??
- ??
- int?main()??
- {??
- ???? CExample?A(100);??
- ???? CExample?B?=?A;?//注意這里的對象初始化要調用拷貝構造函數,而非賦值??
- ???? ?B.Show?();??
- ???? return?0;??
- } ?
運行程序,屏幕輸出100。從以上代碼的運行結果可以看出,系統為對象 B 分配了內存并完成了與對象 A 的復制過程。就類對象而言,相同類型的類對象是通過拷貝構造函數來完成整個復制過程的。
下面舉例說明拷貝構造函數的工作過程。
- #include?<iostream>??
- using?namespace?std;??
- ??
- class?CExample?{??
- private:??
- ????int?a;??
- public:??
- ????//構造函數??
- ????CExample(int?b)??
- ????{?a?=?b;}??
- ??????
- ????//拷貝構造函數??
- ????CExample(const?CExample&?C)??
- ????{??
- ????????a?=?C.a;??
- ????}??
- ??
- ????//一般函數??
- ????void?Show?()??
- ????{??
- ????????cout<<a<<endl;??
- ????}??
- };??
- ??
- int?main()??
- {??
- ????CExample?A(100);??
- ????CExample?B?=?A;?//?CExample?B(A);?也是一樣的??
- ?????B.Show?();??
- ????return?0;??
- } ??
CExample(const CExample& C) 就是我們自定義的拷貝構造函數。可見,拷貝構造函數是一種特殊的構造函數,函數的名稱必須和類名稱一致,它必須的一個參數是本類型的一個引用變量。
?
二. 拷貝構造函數的調用時機
在C++中,下面三種對象需要調用拷貝構造函數!
1. 對象以值傳遞的方式傳入函數參數
- class?CExample???
- {??
- private:??
- ?int?a;??
- ??
- public:??
- ?//構造函數??
- ?CExample(int?b)??
- ?{???
- ??a?=?b;??
- ??cout<<"creat:?"<<a<<endl;??
- ?}??
- ??
- ?//拷貝構造??
- ?CExample(const?CExample&?C)??
- ?{??
- ??a?=?C.a;??
- ??cout<<"copy"<<endl;??
- ?}??
- ???
- ?//析構函數??
- ?~CExample()??
- ?{??
- ??cout<<?"delete:?"<<a<<endl;??
- ?}??
- ??
- ?????void?Show?()??
- ?{??
- ?????????cout<<a<<endl;??
- ?????}??
- };??
- ??
- //全局函數,傳入的是對象??
- void?g_Fun(CExample?C)??
- {??
- ?cout<<"test"<<endl;??
- }??
- ??
- int?main()??
- {??
- ?CExample?test(1);??
- ?//傳入對象??
- ?g_Fun(test);??
- ??
- ?return?0;??
- } ?
調用g_Fun()時,會產生以下幾個重要步驟:
(1).test對象傳入形參時,會先會產生一個臨時變量,就叫 C 吧。
(2).然后調用拷貝構造函數把test的值給C。 整個這兩個步驟有點像:CExample C(test);
(3).等g_Fun()執行完后, 析構掉 C 對象。
?
2. 對象以值傳遞的方式從函數返回
- class?CExample???
- {??
- private:??
- ?int?a;??
- ??
- public:??
- ?//構造函數??
- ?CExample(int?b)??
- ?{???
- ??a?=?b;??
- ?}??
- ??
- ?//拷貝構造??
- ?CExample(const?CExample&?C)??
- ?{??
- ??a?=?C.a;??
- ??cout<<"copy"<<endl;??
- ?}??
- ??
- ?????void?Show?()??
- ?????{??
- ?????????cout<<a<<endl;??
- ?????}??
- };??
- ??
- //全局函數??
- CExample?g_Fun()??
- {??
- ?CExample?temp(0);??
- ?return?temp;??
- }??
- ??
- int?main()??
- {??
- ?g_Fun();??
- ?return?0;??
- } ?
當g_Fun()函數執行到return時,會產生以下幾個重要步驟:
(1). 先會產生一個臨時變量,就叫XXXX吧。
(2). 然后調用拷貝構造函數把temp的值給XXXX。整個這兩個步驟有點像:CExample XXXX(temp);
(3). 在函數執行到最后先析構temp局部變量。
(4). 等g_Fun()執行完后再析構掉XXXX對象。
?
3. 對象需要通過另外一個對象進行初始化;
- CExample?A(100);??
- CExample?B?=?A;???
- //?CExample?B(A); ??
后兩句都會調用拷貝構造函數。
?
三. 淺拷貝和深拷貝
1. 默認拷貝構造函數
??? 很多時候在我們都不知道拷貝構造函數的情況下,傳遞對象給函數參數或者函數返回對象都能很好的進行,這是因為編譯器會給我們自動產生一個拷貝構造函數,這就是“默認拷貝構造函數”,這個構造函數很簡單,僅僅使用“老對象”的數據成員的值對“新對象”的數據成員一一進行賦值,它一般具有以下形式:
?
- Rect::Rect(const?Rect&?r)??
- {??
- ????width?=?r.width;??
- ????height?=?r.height;??
- }??
?
??? 當然,以上代碼不用我們編寫,編譯器會為我們自動生成。但是如果認為這樣就可以解決對象的復制問題,那就錯了,讓我們來考慮以下一段代碼:
- class?Rect??
- {??
- public:??
- ????Rect()??????//?構造函數,計數器加1??
- ????{??
- ????????count++;??
- ????}??
- ????~Rect()?????//?析構函數,計數器減1??
- ????{??
- ????????count--;??
- ????}??
- ????static?int?getCount()???????//?返回計數器的值??
- ????{??
- ????????return?count;??
- ????}??
- private:??
- ????int?width;??
- ????int?height;??
- ????static?int?count;???????//?一靜態成員做為計數器??
- };??
- ??
- int?Rect::count?=?0;????????//?初始化計數器??
- ??
- int?main()??
- {??
- ????Rect?rect1;??
- ????cout<<"The?count?of?Rect:?"<<Rect::getCount()<<endl;??
- ??
- ????Rect?rect2(rect1);???//?使用rect1復制rect2,此時應該有兩個對象??
- ?????cout<<"The?count?of?Rect:?"<<Rect::getCount()<<endl;??
- ??
- ????return?0;??
- }??
?
這段代碼對前面的類,加入了一個靜態成員,目的是進行計數。在主函數中,首先創建對象rect1,輸出此時的對象個數,然后使用rect1復制出對象rect2,再輸出此時的對象個數,按照理解,此時應該有兩個對象存在,但實際程序運行時,輸出的都是1,反應出只有1個對象。此外,在銷毀對象時,由于會調用銷毀兩個對象,類的析構函數會調用兩次,此時的計數器將變為負數。
說白了,就是拷貝構造函數沒有處理靜態數據成員。
出現這些問題最根本就在于在復制對象時,計數器沒有遞增,我們重新編寫拷貝構造函數,如下:
- class?Rect??
- {??
- public:??
- ????Rect()??????//?構造函數,計數器加1??
- ????{??
- ????????count++;??
- ????}??
- ????Rect(const?Rect&?r)???//?拷貝構造函數??
- ????{??
- ????????width?=?r.width;??
- ????????height?=?r.height;??
- ????????count++;??????????//?計數器加1??
- ????}??
- ????~Rect()?????//?析構函數,計數器減1??
- ????{??
- ????????count--;??
- ????}??
- ????static?int?getCount()???//?返回計數器的值??
- ????{??
- ????????return?count;??
- ????}??
- private:??
- ????int?width;??
- ????int?height;??
- ????static?int?count;???????//?一靜態成員做為計數器??
- };??
?
2. 淺拷貝
??? 所謂淺拷貝,指的是在對象復制時,只對對象中的數據成員進行簡單的賦值,默認拷貝構造函數執行的也是淺拷貝。大多情況下“淺拷貝”已經能很好地工作了,但是一旦對象存在了動態成員,那么淺拷貝就會出問題了,讓我們考慮如下一段代碼:
- class?Rect??
- {??
- public:??
- ????Rect()??????//?構造函數,p指向堆中分配的一空間??
- ????{??
- ????????p?=?new?int(100);??
- ????}??
- ????~Rect()?????//?析構函數,釋放動態分配的空間??
- ????{??
- ????????if(p?!=?NULL)??
- ????????{??
- ????????????delete?p;??
- ????????}??
- ????}??
- private:??
- ????int?width;??
- ????int?height;??
- ????int?*p;?????//?一指針成員??
- };??
- ??
- int?main()??
- {??
- ????Rect?rect1;??
- ????Rect?rect2(rect1);???//?復制對象??
- ????return?0;??
- }??
?
??? 在這段代碼運行結束之前,會出現一個運行錯誤。原因就在于在進行對象復制時,對于動態分配的內容沒有進行正確的操作。我們來分析一下:
??? 在運行定義rect1對象后,由于在構造函數中有一個動態分配的語句,因此執行后的內存情況大致如下:
?
?
??? 在使用rect1復制rect2時,由于執行的是淺拷貝,只是將成員的值進行賦值,這時?rect1.p?= rect2.p,也即這兩個指針指向了堆里的同一個空間,如下圖所示:
?
當然,這不是我們所期望的結果,在銷毀對象時,兩個對象的析構函數將對同一個內存空間釋放兩次,這就是錯誤出現的原因。我們需要的不是兩個p有相同的值,而是兩個p指向的空間有相同的值,解決辦法就是使用“深拷貝”。
3. 深拷貝
??? 在“深拷貝”的情況下,對于對象中動態成員,就不能僅僅簡單地賦值了,而應該重新動態分配空間,如上面的例子就應該按照如下的方式進行處理:
- class?Rect??
- {??
- public:??
- ????Rect()??????//?構造函數,p指向堆中分配的一空間??
- ????{??
- ????????p?=?new?int(100);??
- ????}??
- ????Rect(const?Rect&?r)??
- ????{??
- ????????width?=?r.width;??
- ????????height?=?r.height;??
- ????????p?=?new?int;????//?為新對象重新動態分配空間??
- ????????*p?=?*(r.p);??
- ????}??
- ????~Rect()?????//?析構函數,釋放動態分配的空間??
- ????{??
- ????????if(p?!=?NULL)??
- ????????{??
- ????????????delete?p;??
- ????????}??
- ????}??
- private:??
- ????int?width;??
- ????int?height;??
- ????int?*p;?????//?一指針成員??
- };??
?
此時,在完成對象的復制后,內存的一個大致情況如下:
?
此時rect1的p和rect2的p各自指向一段內存空間,但它們指向的空間具有相同的內容,這就是所謂的“深拷貝”。
?
3. 防止默認拷貝發生
??? 通過對對象復制的分析,我們發現對象的復制大多在進行“值傳遞”時發生,這里有一個小技巧可以防止按值傳遞——聲明一個私有拷貝構造函數。甚至不必去定義這個拷貝構造函數,這樣因為拷貝構造函數是私有的,如果用戶試圖按值傳遞或函數返回該類對象,將得到一個編譯錯誤,從而可以避免按值傳遞或返回對象。
- //?防止按值傳遞??
- class?CExample???
- {??
- private:??
- ????int?a;??
- ??
- public:??
- ????//構造函數??
- ????CExample(int?b)??
- ????{???
- ????????a?=?b;??
- ????????cout<<"creat:?"<<a<<endl;??
- ????}??
- ??
- private:??
- ????//拷貝構造,只是聲明??
- ????CExample(const?CExample&?C);??
- ??
- public:??
- ????~CExample()??
- ????{??
- ????????cout<<?"delete:?"<<a<<endl;??
- ????}??
- ??
- ????void?Show?()??
- ????{??
- ????????cout<<a<<endl;??
- ????}??
- };??
- ??
- //全局函數??
- void?g_Fun(CExample?C)??
- {??
- ????cout<<"test"<<endl;??
- }??
- ??
- int?main()??
- {??
- ????CExample?test(1);??
- ????//g_Fun(test);?按值傳遞將出錯??
- ??????
- ????return?0;??
- }???
?
?
四. 拷貝構造函數的幾個細節
1. 拷貝構造函數里能調用private成員變量嗎?
解答:這個問題是在網上見的,當時一下子有點暈。其時從名子我們就知道拷貝構造函數其時就是一個特殊的構造函數,操作的還是自己類的成員變量,所以不受private的限制。
2. 以下函數哪個是拷貝構造函數,為什么?
- X::X(const?X&);??????
- X::X(X);??????
- X::X(X&,?int?a=1);??????
- X::X(X&,?int?a=1,?int?b=2);??
解答:對于一個類X, 如果一個構造函數的第一個參數是下列之一:
a) X&
b) const X&
c) volatile X&
d) const volatile X&
且沒有其他參數或其他參數都有默認值,那么這個函數是拷貝構造函數.
?
- X::X(const?X&);??//是拷貝構造函數??????
- X::X(X&,?int=1);?//是拷貝構造函數?????
- X::X(X&,?int?a=1,?int?b=2);?//當然也是拷貝構造函數??
?
?
3. 一個類中可以存在多于一個的拷貝構造函數嗎?
解答:類中可以存在超過一個拷貝構造函數。
- class?X?{???
- public:?????????
- ??X(const?X&);??????//?const?的拷貝構造??
- ??X(X&);????????????//?非const的拷貝構造??
- }; ?
注意,如果一個類中只存在一個參數為 X& 的拷貝構造函數,那么就不能使用const X或volatile X的對象實行拷貝初始化.
?
- class?X?{??????
- public:??
- ??X();??????
- ??X(X&);??
- };??????
- ??
- const?X?cx;??????
- X?x?=?cx;????//?error ?
如果一個類中沒有定義拷貝構造函數,那么編譯器會自動產生一個默認的拷貝構造函數。
這個默認的參數可能為?X::X(const X&)或?X::X(X&),由編譯器根據上下文決定選擇哪一個。
?