C++ 深拷贝和浅拷贝

- 日理万妓 2023-07-17 02:45 3阅读 0赞

**对于基本类型的数据以及简单的对象，它们之间的拷贝非常简单，就是按位复制内存**。例如：

class Base{ 
    public:
        Base(): m_a(0), m_b(0){  }
        Base(int a, int b): m_a(a), m_b(b){  }
    private:
        int m_a;
        int m_b;
    };
    
    int main(){ 
        int a = 10;
        int b = a;  //拷贝
    
        Base obj1(10, 20);
        Base obj2 = obj1;  //拷贝
    
        return 0;
    }

b 和 obj2 都是以拷贝的方式初始化的，具体来说，就是将 a 和 obj1 所在内存中的数据按照二进制位（Bit）复制到 b 和 obj2 所在的内存，这种默认的拷贝行为就是浅拷贝，这和调用 memcpy() 函数的效果非常类似。

对于简单的类，默认的拷贝构造函数一般就够用了，我们也没有必要再显式地定义一个功能类似的拷贝构造函数。但是当类持有其它资源时，例如动态分配的内存、指向其他数据的指针等，默认的拷贝构造函数就不能拷贝这些资源了，我们必须显式地定义拷贝构造函数，以完整地拷贝对象的所有数据。

我们知道，有些较老的编译器不支持变长数组, 这会给编程带来不便，自定义 Array 类来实现变长数组。

#include <iostream>
    #include <cstdlib>
    using namespace std;
    
    //变长数组类
    class Array{ 
    public:
        Array(int len);
        Array(const Array &arr);  //拷贝构造函数
        ~Array();
    public:
        int operator[](int i) const {  return m_p[i]; }  //获取元素（读取）
        int &operator[](int i){  return m_p[i]; }  //获取元素（写入）
        int length() const {  return m_len; }
    private:
        int m_len;
        int *m_p;
    };
    
    Array::Array(int len): m_len(len){ 
        m_p = (int*)calloc( len, sizeof(int) );
    }
    
    Array::Array(const Array &arr){   //拷贝构造函数
        this->m_len = arr.m_len;
        this->m_p = (int*)calloc( this->m_len, sizeof(int) );
        memcpy( this->m_p, arr.m_p, m_len * sizeof(int) );
    }
    
    Array::~Array(){  free(m_p); }
    
    //打印数组元素
    void printArray(const Array &arr){ 
        int len = arr.length();
        for(int i=0; i<len; i++){ 
            if(i == len-1){ 
                cout<<arr[i]<<endl;
            }else{ 
                cout<<arr[i]<<", ";
            }
        }
    }
    
    int main(){ 
        Array arr1(10);
        for(int i=0; i<10; i++){ 
            arr1[i] = i;
        }
       
        Array arr2 = arr1;
        arr2[5] = 100;
        arr2[3] = 29;
       
        printArray(arr1);
        printArray(arr2);
       
        return 0;
    }

运行结果：

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
    0, 1, 2, 29, 4, 100, 6, 7, 8, 9

本例中我们显式地定义了拷贝构造函数，它除了会将原有对象的所有成员变量拷贝给新对象，还会为新对象再分配一块内存，并将原有对象所持有的内存也拷贝过来。这样做的结果是，原有对象和新对象所持有的动态内存是相互独立的，更改一个对象的数据不会影响另外一个对象，本例中我们更改了 arr2 的数据，就没有影响 arr1。

**这种将对象所持有的其它资源一并拷贝的行为叫做深拷贝，我们必须显式地定义拷贝构造函数才能达到深拷贝的目的**。

**标准模板库（STL）中的 string、vector、stack、set、map 等也都必须使用深拷贝。**

大家如果希望亲眼目睹不使用深拷贝的后果，可以将上例中的拷贝构造函数删除，那么运行结果将变为：

0, 1, 2, 29, 4, 100, 6, 7, 8, 9
    0, 1, 2, 29, 4, 100, 6, 7, 8, 9

可以发现，更改 arr2 的数据也影响到了 arr1。这是因为，在创建 arr2 对象时，默认拷贝构造函数将 arr1.m\_p 直接赋值给了 arr2.m\_p，导致 arr2.m\_p 和 arr1.m\_p 指向了同一块内存，所以会相互影响。

注意：printArray() 函数的形参为引用类型，这样做能够避免在传参时调用拷贝构造函数；又因为 printArray() 函数不会修改任何数组元素，所以我们添加了 const 限制，以使得语义更加明确。

### 到底是浅拷贝还是深拷贝 ###

如果一个类拥有指针类型的成员变量，那么绝大部分情况下就需要深拷贝，因为只有这样，才能将指针指向的内容再复制出一份来，让原有对象和新生对象相互独立，彼此之间不受影响。如果类的成员变量没有指针，一般浅拷贝足以。

另外一种需要深拷贝的情况就是在创建对象时进行一些预处理工作，比如统计创建过的对象的数目、记录对象创建的时间等，请看下面的例子：

#include <iostream>
    #include <ctime>
    #include <windows.h> //在Linux和Mac下要换成 unistd.h 头文件
    using namespace std;
    
    class Base{ 
    public:
        Base(int a = 0, int b = 0);
        Base(const Base &obj);  //拷贝构造函数
    public:
        int getCount() const {  return m_count; }
        time_t getTime() const {  return m_time; }
    private:
        int m_a;
        int m_b;
        time_t m_time;  //对象创建时间
        static int m_count;  //创建过的对象的数目
    };
    
    int Base::m_count = 0;
    
    Base::Base(int a, int b): m_a(a), m_b(b){ 
        m_count++;
        m_time = time((time_t*)NULL);
    }
    
    Base::Base(const Base &obj){   //拷贝构造函数
        this->m_a = obj.m_a;
        this->m_b = obj.m_b;
        this->m_count++;
        this->m_time = time((time_t*)NULL);
    }
    
    int main(){ 
        Base obj1(10, 20);
        cout<<"obj1: count = "<<obj1.getCount()<<", time = "<<obj1.getTime()<<endl;
       
        Sleep(3000);  //在Linux和Mac下要写作 sleep(3);
       
        Base obj2 = obj1;
        cout<<"obj2: count = "<<obj2.getCount()<<", time = "<<obj2.getTime()<<endl;
    
        return 0;
    }

运行结果：

obj1: count = 1, time = 1488344372
    obj2: count = 2, time = 1488344375

运行程序，先输出第一行结果，等待 3 秒后再输出第二行结果。Base 类中的 m\_time 和 m\_count 分别记录了对象的创建时间和创建数目，它们在不同的对象中有不同的值，所以需要在初始化对象的时候提前处理一下，这样浅拷贝就不能胜任了，就必须使用深拷贝了。