C++对象模型：第2章(2)-拷贝构造函数【深拷贝和浅拷贝】

野性酷女 2022-08-06 13:08 201阅读 0赞

# 会复制对象的三种情况    #

C++中对象的复制就如同“克隆”，用一个已有的对象快速地复制出多个完全相同的对象。

一般而言，**以下三种情况都会使用到对象的复制**：

（1）**建立一个新对象，并用另一个同类的已有对象对新对象进行初始化**，例如：

**\[cpp\]** [ view plain][view plain][copy][view plain]

class Rect  
        {  
        private:  
            int width;  
            int height;  
        };  
          
        Rect rect1;  
        Rect rect2(rect1);  // 使用rect1初始化rect2，此时会进行对象的复制

（2）**当函数的参数为类的对象**时，这时调用此函数时使用的是值传递，也会产生对象的复制，例如：

**\[cpp\]** [ view plain][view plain][copy][view plain]

void fun1(Rect rect)  
        {  
            ...  
        }  
          
        int main()  
        {  
            Rect rect1;  
            fun1(rect1);    // 此时会进行对象的复制  
            return 0;  
        }

（3）**函数的返回值是类的对象**时，在函数调用结束时，需要将函数中的对象复制一个临时对象并传给改函数的调用处，例如：

**\[cpp\]** [ view plain][view plain][copy][view plain]

Rect fun2()  
        {  
            Rect rect;  
            return rect;  
        }  
          
        int main()  
        {  
            Rect rect1;  
            rect1=fun2();     
            // 在fun2返回对象时，会执行对象复制，复制出一临时对象，  
            // 然后将此临时对象“赋值”给rect1  
            return 0;  
        }

**当函数按值传递对象或函数返回对象时，都要使用复制构造函数。按值传递意味着创建原始变量的一个副本。编译器产生临时对象时，也要使用复制构造函数。**

# **复制构造函数**    #

对象的复制都是通过一种特殊的构造函数来完成的，这种特殊的构造函数就是**拷贝构造函数（copy constructor，也叫复制构造函数）**。拷贝构造函数在大多数情况下都很简单，甚至在我们都不知道它存在的情况下也能很好发挥作用，但是在一些特殊情况下，特别是在对象里有动态成员的时候，就需要我们特别小心地处理拷贝构造函数了。下面我们就来看看拷贝构造函数的使用。

##  一、默认拷贝构造函数 ##

和文章[第2章（1）-构造函数][2_1_-]所讲的一样，C++ standard把复制构造函数区分为trivial和notrivial两种。只有nontrivial的实例才会被合成于程序中。决定一个拷贝构造函数是否为trivial的标准在于类是否展现了所谓的“**bitwise copy（逐位拷贝）**”语意。

### 展现bitwise copy语意的例子    ###

如下的情形**并没有合成一个默认构造函数**，因为代码段展现了“bitwise copy”语意：

class Word {
    public:
       Word(const char *);
       ~Word() { delete [] str;  }
       //...
    private:
       int cnt;
       char *str;
    };

这是一个**浅拷贝**的例子：在上述代码类中，类有一个指针成员str；当我们在类外定义了一个Word类对象并对该对象复制时：

Word myword("book");
    Word myword2 = myword;

赋值后的结果是**myword2.str和myword.str指向了同一内存**，这里**浅拷贝只是拷贝了指针，并没有为myword2.str开辟新的空间**；这样的话，会有如下问题：

（1）当对象结束时，调用析构函数，会造成对同一资源释放两次，造成程序崩溃；（2）或者，由于两个指针指向了一块内存，那么任何一方的变动都会影响另一方；（3）会造成内存泄露：（3）如果delete \[\] myword.str 了，那么myword2.str就成为了一个“野指针”，这会导致不确定的结果。

**由此可见：**

**浅拷贝（shallow copy）只是对象数据成员进行简单的赋值，当类成员都是值类型它能很好地工作，但是如果对象中含有动态成员，如指针，浅拷贝只会复制该指针（不会复制指针所指向的内存），这样就会造成原来复制的指针和被赋值的指针指向同一内存，此时浅拷贝就会出问题**。

**深拷贝（deep copy）会拷贝所有内容，包括类指针成员动态分配的内存。为了实现深拷贝，需要自己写拷贝构造函数并重载赋值运算符**。

### 不展现“bitwise copy”语意的情况 ###

（1）当类有一个类成员，该类成员的class中声明了一个拷贝构造函数（无论是设计者显式声明的还是被编译器合成的）；

（2）当类继承自一个基类，而基类存在一个拷贝构造函数（无论是设计者显式声明的还是被编译器合成的）；

（3）当类声明了一个或多个虚函数时；

（4）当类派生子一个继承串链，其中有一个或多个虚函数。

在前两种情况中，编译器必须将类成员或基类的类成员的拷贝构造函数调用操作安插到合成的拷贝构造函数中。例如类：

class Word {
    public:
       Word(const string&);
       ~Word();
       //...
    private:
       int cnt;
       string str;
    };

其中string声明了一个显式的拷贝构造函数：

class string {
       string (const char*);
       string (const string &);
       ~string();
       //...
    };

这种情况下，编译器必须合成一个拷贝构造函数，以便调用类成员string对象的拷贝构造函数：

inline Word::Word(const Word& wd) {
      str.string::string(wd.str);
      cnt = wd.cnt;
    }

\--------------------------以下来自另一篇文章----------------------

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：

**\[cpp\]** [ view plain][view plain][copy][view plain]

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：

**\[cpp\]** [ view plain][view plain][copy][view plain]

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.  Rect rect2(rect1); // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象 
29.  cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl; 
30.  return 0; 
31. \}

这段代码对前面的类进行了一下小小的修改，加入了一个静态成员，目的是进行计数，统计创建的对象的个数，在每个对象创建时，通过构造函数进行递增，在销毁对象时，通过析构函数进行递减。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。**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，解决的办法就是重新编写拷贝构造函数**，在拷贝构造函数中加入对计数器的处理，形成的拷贝构造函数如下：

**\[cpp\]** [ view plain][view plain][copy][view plain]

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. \};

自己编写拷贝构造函数又可以分为两种情况——浅拷贝与深拷贝。

二、浅拷贝

所谓浅拷贝，指的是在对象复制时，只是对对象中的数据成员进行简单的赋值，上面的例子都是属于浅拷贝的情况，**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：

**\[cpp\]** [ view plain][view plain][copy][view plain]

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：

![340261_1267322964Sxxf.jpg][]

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，所以此时rect1.p和rect2.p具有相同的值，也即这两个指针指向了堆里的同一个空间，如下图所示：

![340261_126732296571X1.jpg][]

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”。

三、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：

**\[cpp\]** [ view plain][view plain][copy][view plain]

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：

![340261_12673229651Iwr.jpg][]

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”。

此外，在与“对象的复制”很类似的“对象的赋值”的情况下，也会出现同样的问题。在“对象的赋值”一文中再来讨论此问题。

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**有一个小技巧可以禁止复制（例如iostream类不允许复制）——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（不定义该私有拷贝构造函数，可禁止类的友元和成员进行复制），这样因为拷贝构造函数是私有的，将不允许用户代码复制该类类型的对象，编译器将会拒绝任何进行复制的尝试。

--------------------

参考文献：

《C++程序设计》 谭浩强

《C++编程思想 第1卷》 Bruce Eckel

[http://blog.csdn.net/bluescorpio/article/details/4322682][http_blog.csdn.net_bluescorpio_article_details_4322682][  
][Link 1]

[对深拷贝与浅拷贝的再次理解  
][Link 1]

[Shallow Copy and Deep Copy][]

[view plain]: http://blog.csdn.net/bluescorpio/article/details/4322682#
[2_1_-]: http://blog.csdn.net/u013074465/article/details/46379481
[340261_1267322964Sxxf.jpg]: /images/20220806/873c5b67923a4ec0b27fff49964e099f.png
[340261_126732296571X1.jpg]: /images/20220806/3c9a345da98743c5a3d0bf3e619d69b4.png
[340261_12673229651Iwr.jpg]: /images/20220806/d115c04a40e743e19d402b791042177e.png
[http_blog.csdn.net_bluescorpio_article_details_4322682]: http://blog.csdn.net/bluescorpio/article/details/4322682
[Link 1]: http://blog.csdn.net/feitianxuxue/article/details/9275979
[Shallow Copy and Deep Copy]: http://blog.chinaunix.net/uid-7672958-id-2599046.html