C++——拷贝构造函数说明

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
3 #include <iostream>
4 using namespace std;
5
6 class CExample {
7 private:
8 　int a;
9 public:
10 //构造函数
11 　CExample(int b)
12 　{ a = b;}
13
14 //一般函数
15 　void Show ()
16 　{
17 cout<<a<<endl;
18 }
19 };
20
21 int main()
22 {
23 　CExample A(100);
24 　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
25 　 B.Show ();
26 　return 0;
27 }

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
28 #include <iostream>
29 using namespace std;
30
31 class CExample {
32 private:
33 int a;
34 public:
35 //构造函数
36 CExample(int b)
37 { a = b;}
38
39 //拷贝构造函数
40 CExample(const CExample& C)
41 {
42 a = C.a;
43 }
44
45 //一般函数
46 void Show ()
47 {
48 cout<<a<<endl;
49 }
50 };
51
52 int main()
53 {
54 CExample A(100);
55 CExample B = A; // CExample B(A); 也是一样的
56 B.Show ();
57 return 0;
58 }

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
59 class CExample
60 {
61 private:
62 int a;
63
64 public:
65 //构造函数
66 CExample(int b)
67 {
68 a = b;
69 cout<<"creat: "<<a<<endl;
70 }
71
72 //拷贝构造
73 CExample(const CExample& C)
74 {
75 a = C.a;
76 cout<<"copy"<<endl;
77 }
78
79 //析构函数
80 ~CExample()
81 {
82 cout<< "delete: "<<a<<endl;
83 }
84
85 void Show ()
86 {
87 cout<<a<<endl;
88 }
89 };
90
91 //全局函数，传入的是对象
92 void g_Fun(CExample C)
93 {
94 cout<<"test"<<endl;
95 }
96
97 int main()
98 {
99 CExample test(1);
100 //传入对象
101 g_Fun(test);
102
103 return 0;
104 }

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
105 class CExample
106 {
107 private:
108 int a;
109
110 public:
111 //构造函数
112 CExample(int b)
113 {
114 a = b;
115 }
116
117 //拷贝构造
118 CExample(const CExample& C)
119 {
120 a = C.a;
121 cout<<"copy"<<endl;
122 }
123
124 void Show ()
125 {
126 cout<<a<<endl;
127 }
128 };
129
130 //全局函数
131 CExample g_Fun()
132 {
133 CExample temp(0);
134 return temp;
135 }
136
137 int main()
138 {
139 g_Fun();
140 return 0;
141 }

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；
142 CExample A(100);
143 CExample B = A;
144 // 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
145 Rect::Rect(const Rect& r)
146 {
147 width = r.width;
148 height = r.height;
149 }

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
150 class Rect
151 {
152 public:
153 Rect() // 构造函数，计数器加1
154 {
155 count++;
156 }
157 ~Rect() // 析构函数，计数器减1
158 {
159 count--;
160 }
161 static int getCount() // 返回计数器的值
162 {
163 return count;
164 }
165 private:
166 int width;
167 int height;
168 static int count; // 一静态成员做为计数器
169 };
170
171 int Rect::count = 0; // 初始化计数器
172
173 int main()
174 {
175 Rect rect1;
176 cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
177
178 Rect rect2(rect1); // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象
179 cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
180
181 return 0;
182 }

　　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
183 class Rect
184 {
185 public:
186 Rect() // 构造函数，计数器加1
187 {
188 count++;
189 }
190 Rect(const Rect& r) // 拷贝构造函数
191 {
192 width = r.width;
193 height = r.height;
194 count++; // 计数器加1
195 }
196 ~Rect() // 析构函数，计数器减1
197 {
198 count--;
199 }
200 static int getCount() // 返回计数器的值
201 {
202 return count;
203 }
204 private:
205 int width;
206 int height;
207 static int count; // 一静态成员做为计数器
208 };

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
209 class Rect
210 {
211 public:
212 Rect() // 构造函数，p指向堆中分配的一空间
213 {
214 p = new int(100);
215 }
216 ~Rect() // 析构函数，释放动态分配的空间
217 {
218 if(p != NULL)
219 {
220 delete p;
221 }
222 }
223 private:
224 int width;
225 int height;
226 int *p; // 一指针成员
227 };
228
229 int main()
230 {
231 Rect rect1;
232 Rect rect2(rect1); // 复制对象
233 return 0;
234 }

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：

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：

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

235 class Rect
236 {
237 public:
238 Rect() // 构造函数，p指向堆中分配的一空间
239 {
240 p = new int(100);
241 }
242 Rect(const Rect& r)
243 {
244 width = r.width;
245 height = r.height;
246 p = new int; // 为新对象重新动态分配空间
247 *p = *(r.p);
248 }
249 ~Rect() // 析构函数，释放动态分配的空间
250 {
251 if(p != NULL)
252 {
253 delete p;
254 }
255 }
256 private:
257 int width;
258 int height;
259 int *p; // 一指针成员
260 };

此时，在完成对象的复制后，内存的一个大致情况如下：

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

261 // 防止按值传递
262 class CExample
263 {
264 private:
265 int a;
266
267 public:
268 //构造函数
269 CExample(int b)
270 {
271 a = b;
272 cout<<"creat: "<<a<<endl;
273 }
274
275 private:
276 //拷贝构造，只是声明
277 CExample(const CExample& C);
278
279 public:
280 ~CExample()
281 {
282 cout<< "delete: "<<a<<endl;
283 }
284
285 void Show ()
286 {
287 cout<<a<<endl;
288 }
289 };
290
291 //全局函数
292 void g_Fun(CExample C)
293 {
294 cout<<"test"<<endl;
295 }
296
297 int main()
298 {
299 CExample test(1);
300 //g_Fun(test); 按值传递将出错
301
302 return 0;
303 }

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

304 X::X(const X&);
305 X::X(X);
306 X::X(X&, int a=1);
307 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

308 X::X(const X&); //是拷贝构造函数
309 X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数
310 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

311 class X {
312 public:
313 X(const X&); // const 的拷贝构造
314 X(X&); // 非const的拷贝构造
315 };

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

316 class X {
317 public:
318 X();
319 X(X&);
320 };
321
322 const X cx;
323 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。