C++拷贝构造函数详解

快来打我* 2021-09-22 12:08 344阅读 0赞

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：

int a = 100;  
    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。

#include <iostream>  
    using namespace std;  
      
    class CExample {  
    private:  
        　int a;  
    public:  
          //构造函数  
        　CExample(int b)  
        　{ a = b;}  
      
          //一般函数  
        　void Show ()  
        　{  
            cout<<a<<endl;  
          }  
    };  
      
    int main()  
    {  
        　CExample A(100);  
        　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  
        　 B.Show ();  
        　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。

#include <iostream>  
    using namespace std;  
      
    class CExample {  
    private:  
        int a;  
    public:  
        //构造函数  
        CExample(int b)  
        { a = b;}  
          
        //拷贝构造函数  
        CExample(const CExample& C)  
        {  
            a = C.a;  
        }  
      
        //一般函数  
        void Show ()  
        {  
            cout<<a<<endl;  
        }  
    };  
      
    int main()  
    {  
        CExample A(100);  
        CExample B = A; // CExample B(A); 也是一样的  
         B.Show ();  
        return 0;  
    }

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**

class CExample   
    {  
    private:  
     int a;  
      
    public:  
     //构造函数  
     CExample(int b)  
     {   
      a = b;  
      cout<<"creat: "<<a<<endl;  
     }  
      
     //拷贝构造  
     CExample(const CExample& C)  
     {  
      a = C.a;  
      cout<<"copy"<<endl;  
     }  
       
     //析构函数  
     ~CExample()  
     {  
      cout<< "delete: "<<a<<endl;  
     }  
      
         void Show ()  
     {  
             cout<<a<<endl;  
         }  
    };  
      
    //全局函数，传入的是对象  
    void g_Fun(CExample C)  
    {  
     cout<<"test"<<endl;  
    }  
      
    int main()  
    {  
     CExample test(1);  
     //传入对象  
     g_Fun(test);  
      
     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**

class CExample   
    {  
    private:  
     int a;  
      
    public:  
     //构造函数  
     CExample(int b)  
     {   
      a = b;  
     }  
      
     //拷贝构造  
     CExample(const CExample& C)  
     {  
      a = C.a;  
      cout<<"copy"<<endl;  
     }  
      
         void Show ()  
         {  
             cout<<a<<endl;  
         }  
    };  
      
    //全局函数  
    CExample g_Fun()  
    {  
     CExample temp(0);  
     return temp;  
    }  
      
    int main()  
    {  
     g_Fun();  
     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；**

CExample A(100);  
    CExample B = A;   
    // 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：

Rect::Rect(const Rect& r)  
        {  
            width = r.width;  
            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：

class Rect  
        {  
        public:  
            Rect()      // 构造函数，计数器加1  
            {  
                count++;  
            }  
            ~Rect()     // 析构函数，计数器减1  
            {  
                count--;  
            }  
            static int getCount()       // 返回计数器的值  
            {  
                return count;  
            }  
        private:  
            int width;  
            int height;  
            static int count;       // 一静态成员做为计数器  
        };  
          
        int Rect::count = 0;        // 初始化计数器  
          
        int main()  
        {  
            Rect rect1;  
            cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;  
          
            Rect rect2(rect1);   // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象  
             cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<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：

class Rect  
        {  
        public:  
            Rect()      // 构造函数，计数器加1  
            {  
                count++;  
            }  
            Rect(const Rect& r)   // 拷贝构造函数  
            {  
                width = r.width;  
                height = r.height;  
                count++;          // 计数器加1  
            }  
            ~Rect()     // 析构函数，计数器减1  
            {  
                count--;  
            }  
            static int getCount()   // 返回计数器的值  
            {  
                return count;  
            }  
        private:  
            int width;  
            int height;  
            static int count;       // 一静态成员做为计数器  
        };

**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：

class Rect  
        {  
        public:  
            Rect()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间  
            {  
                p = new int(100);  
            }  
            ~Rect()     // 析构函数，释放动态分配的空间  
            {  
                if(p != NULL)  
                {  
                    delete p;  
                }  
            }  
        private:  
            int width;  
            int height;  
            int *p;     // 一指针成员  
        };  
          
        int main()  
        {  
            Rect rect1;  
            Rect rect2(rect1);   // 复制对象  
            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。

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。

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：

class Rect  
        {  
        public:  
            Rect()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间  
            {  
                p = new int(100);  
            }  
            Rect(const Rect& r)  
            {  
                width = r.width;  
                height = r.height;  
                p = new int;    // 为新对象重新动态分配空间  
                *p = *(r.p);  
            }  
            ~Rect()     // 析构函数，释放动态分配的空间  
            {  
                if(p != NULL)  
                {  
                    delete p;  
                }  
            }  
        private:  
            int width;  
            int height;  
            int *p;     // 一指针成员  
        };

**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  
    class CExample   
    {  
    private:  
        int a;  
      
    public:  
        //构造函数  
        CExample(int b)  
        {   
            a = b;  
            cout<<"creat: "<<a<<endl;  
        }  
      
    private:  
        //拷贝构造，只是声明  
        CExample(const CExample& C);  
      
    public:  
        ~CExample()  
        {  
            cout<< "delete: "<<a<<endl;  
        }  
      
        void Show ()  
        {  
            cout<<a<<endl;  
        }  
    };  
      
    //全局函数  
    void g_Fun(CExample C)  
    {  
        cout<<"test"<<endl;  
    }  
      
    int main()  
    {  
        CExample test(1);  
        //g_Fun(test); 按值传递将出错

**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?**

X::X(const X&);      
        X::X(X);      
        X::X(X&, int a=1);      
        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.

X::X(const X&);  //是拷贝构造函数      
        X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数     
        X::X(X&, int a=1, int b=2); //当然也是拷贝构造函数

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 {      
        public:  
          X();      
          X(X&);  
        };      
          
        const X cx;      
        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。

本文转自：https://blog.csdn.net/lwbeyond/article/details/6202256/