C++拷貝構造函數（複制構造函數）詳解

拷貝和複制是一個意思，對應的英文單詞都是copy。對于計算機來說，拷貝是指用一份原有的、已經存在的資料建立出一份新的資料，最終的結果是多了一份相同的資料。例如，将 Word 文檔拷貝到U盤去影印店列印，将 D 盤的圖檔拷貝到桌面以友善浏覽，将重要的檔案上傳到百度網盤以防止丢失等，都是「建立一份新資料」的意思。

在 C++ 中，拷貝并沒有脫離它本來的含義，隻是将這個含義進行了“特化”，是指用已經存在的對象建立出一個新的對象。從本質上講，對象也是一份資料，因為它會占用記憶體。

嚴格來說，對象的建立包括兩個階段，首先要配置設定記憶體空間，然後再進行初始化：

• 配置設定記憶體很好了解，就是在堆區、棧區或者全局資料區留出足夠多的位元組。這個時候的記憶體還比較“原始”，沒有被“教化”，它所包含的資料一般是零值或者随機值，沒有實際的意義。
• 初始化就是首次對記憶體指派，讓它的資料有意義。注意是首次指派，再次指派不叫初始化。初始化的時候還可以為對象配置設定其他的資源（打開檔案、連接配接網絡、動态配置設定記憶體等），或者提前進行一些計算（根據價格和數量計算出總價、根據長度和寬度計算出矩形的面積等）等。說白了，初始化就是調用構造函數。

很明顯，這裡所說的拷貝是在初始化階段進行的，也就是用其它對象的資料來初始化新對象的記憶體。

那麼，如何用拷貝的方式來初始化一個對象呢？其實這樣的例子比比皆是，string 類就是一個典型的例子。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
void func(string str){
    cout<<str<<endl;
}
int main(){
    string s1 = "http://c.biancheng.net";
    string s2(s1);
    string s3 = s1;
    string s4 = s1 + " " + s2;
    func(s1);
    cout<<s1<<endl<<s2<<endl<<s3<<endl<<s4<<endl;
   
    return 0;
}           

運作結果：

http://c.biancheng.net

http://c.biancheng.net

http://c.biancheng.net

http://c.biancheng.net

http://c.biancheng.net http://c.biancheng.net

s1、s2、s3、s4 以及 func() 的形參 str，都是使用拷貝的方式來初始化的。

對于 s1，表面上看起來是将一個字元串直接指派給了 s1，實際上在内部進行了類型轉換，将 const char * 類型轉換為 string 類型後才指派的，這點我們将在《C++轉換構造函數》一節中詳細講解。s4 也是類似的道理。

對于 s1、s2、s3、s4，都是将其它對象的資料拷貝給目前對象，以完成目前對象的初始化。

對于 func() 的形參 str，其實在定義時就為它配置設定了記憶體，但是此時并沒有初始化，隻有等到調用 func() 時，才會将其它對象的資料拷貝給 str 以完成初始化。

當以拷貝的方式初始化一個對象時，會調用一個特殊的構造函數，就是拷貝構造函數（Copy Constructor）。

下面的例子示範了拷貝構造函數的定義和使用：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Student{
public:
    Student(string name = "", int age = 0, float score = 0.0f);  //普通構造函數
    Student(const Student &stu);  //拷貝構造函數（聲明）
public:
    void display();
private:
    string m_name;
    int m_age;
    float m_score;
};
Student::Student(string name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){ }
//拷貝構造函數（定義）
Student::Student(const Student &stu){
    this->m_name = stu.m_name;
    this->m_age = stu.m_age;
    this->m_score = stu.m_score;
   
    cout<<"Copy constructor was called."<<endl;
}
void Student::display(){
    cout<<m_name<<"的年齡是"<<m_age<<"，成績是"<<m_score<<endl;
}
int main(){
    Student stu1("小明", 16, 90.5);
    Student stu2 = stu1;  //調用拷貝構造函數
    Student stu3(stu1);  //調用拷貝構造函數
    stu1.display();
    stu2.display();
    stu3.display();
   
    return 0;
}           

運作結果：

Copy constructor was called.

Copy constructor was called.

小明的年齡是16，成績是90.5

小明的年齡是16，成績是90.5

小明的年齡是16，成績是90.5

第 8 行是拷貝構造函數的聲明，第 20 行是拷貝構造函數的定義。拷貝構造函數隻有一個參數，它的類型是目前類的引用，而且一般都是 const 引用。

1) 為什麼必須是目前類的引用呢？

如果拷貝構造函數的參數不是目前類的引用，而是目前類的對象，那麼在調用拷貝構造函數時，會将另外一個對象直接傳遞給形參，這本身就是一次拷貝，會再次調用拷貝構造函數，然後又将一個對象直接傳遞給了形參，将繼續調用拷貝構造函數……這個過程會一直持續下去，沒有盡頭，陷入死循環。

隻有當參數是目前類的引用時，才不會導緻再次調用拷貝構造函數，這不僅是邏輯上的要求，也是 C++ 文法的要求。

2) 為什麼是 const 引用呢？

拷貝構造函數的目的是用其它對象的資料來初始化目前對象，并沒有期望更改其它對象的資料，添加 const 限制後，這個含義更加明确了。

另外一個原因是，添加 const 限制後，可以将 const 對象和非 const 對象傳遞給形參了，因為非 const 類型可以轉換為 const 類型。如果沒有 const 限制，就不能将 const 對象傳遞給形參，因為 const 類型不能轉換為非 const 類型，這就意味着，不能使用 const 對象來初始化目前對象了。

以上面的 Student 類為例，将 const 去掉後，拷貝構造函數的原型變為：

Student::Student(Student &stu);

此時，下面的代碼就會發生錯誤：

const Student stu1("小明", 16, 90.5);Student stu2 = stu1;Student stu3(stu1);           

stu1 是 const 類型，在初始化 stu2、stu3 時，編譯器希望調用Student::Student(const Student &stu)，但是這個函數卻不存在，又不能将 const Student 類型轉換為 Student 類型去調用Student::Student(Student &stu)，是以最終調用失敗了。

當然，你也可以再添加一個參數為 const 引用的拷貝構造函數，這樣就不會出錯了。換句話說，一個類可以同時存在兩個拷貝構造函數，一個函數的參數為 const 引用，另一個函數的參數為非 const 引用。

預設拷貝構造函數

在前面的教程中，我們還沒有講解拷貝構造函數，但是卻已經在使用拷貝的方式建立對象了，并且也沒有引發什麼錯誤。這是因為，如果程式員沒有顯式地定義拷貝構造函數，那麼編譯器會自動生成一個預設的拷貝構造函數。這個預設的拷貝構造函數很簡單，就是使用“老對象”的成員變量對“新對象”的成員變量進行一一指派，和上面 Student 類的拷貝構造函數非常類似。

對于簡單的類，預設拷貝構造函數一般是夠用的，我們也沒有必要再顯式地定義一個功能類似的拷貝構造函數。但是當類持有其它資源時，如動态配置設定的記憶體、打開的檔案、指向其他資料的指針、網絡連接配接等，預設拷貝構造函數就不能拷貝這些資源，我們必須顯式地定義拷貝構造函數，以完整地拷貝對象的所有資料，這點我們将在《C++深拷貝和淺拷貝》一節中深入講解。