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C++之拷貝構造函數

一. 什麼是拷貝構造函數

首先對于普通類型的對象來說,它們之間的複制是很簡單的,例如:

[c-sharp] view

plaincopy

int a = 100;  

int b = a;   

而類對象與普通對象不同,類對象内部結構一般較為複雜,存在各種成員變量。

下面看一個類對象拷貝的簡單例子。

#include <iostream>  

using namespace std;  

class cexample {  

private:  

     int a;  

public:  

      //構造函數  

     cexample(int b)  

     { a = b;}  

      //一般函數  

     void show ()  

     {  

        cout<<a<<endl;  

      }  

};  

int main()  

{  

     cexample a(100);  

     cexample b = a; //注意這裡的對象初始化要調用拷貝構造函數,而非指派  

      b.show ();  

     return 0;  

}  

運作程式,螢幕輸出100。從以上代碼的運作結果可以看出,系統為對象 b 配置設定了記憶體并完成了與對象 a 的複制過程。就類對象而言,相同類型的類對象是通過拷貝構造函數來完成整個複制過程的。

下面舉例說明拷貝構造函數的工作過程。

    int a;  

    //構造函數  

    cexample(int b)  

    { a = b;}  

    //拷貝構造函數  

    cexample(const cexample& c)  

    {  

        a = c.a;  

    }  

    //一般函數  

    void show ()  

    cexample a(100);  

    cexample b = a; // cexample b(a); 也是一樣的  

     b.show ();  

    return 0;  

}   

cexample(const cexample& c) 就是我們自定義的拷貝構造函數。可見,拷貝構造函數是一種特殊的構造函數,函數的名稱必須和類名稱一緻,它必須的一個參數是本類型的一個引用變量。

二. 拷貝構造函數的調用時機

在c++中,下面三種對象需要調用拷貝構造函數!

1. 對象以值傳遞的方式傳入函數參數

class cexample   

 int a;  

 //構造函數  

 cexample(int b)  

 {   

  a = b;  

  cout<<"creat: "<<a<<endl;  

 }  

 //拷貝構造  

 cexample(const cexample& c)  

 {  

  a = c.a;  

  cout<<"copy"<<endl;  

 //析構函數  

 ~cexample()  

  cout<< "delete: "<<a<<endl;  

     void show ()  

         cout<<a<<endl;  

     }  

//全局函數,傳入的是對象  

void g_fun(cexample c)  

 cout<<"test"<<endl;  

 cexample test(1);  

 //傳入對象  

 g_fun(test);  

 return 0;  

調用g_fun()時,會産生以下幾個重要步驟:

(1).test對象傳入形參時,會先會産生一個臨時變量,就叫 c 吧。

(2).然後調用拷貝構造函數把test的值給c。 整個這兩個步驟有點像:cexample c(test);

(3).等g_fun()執行完後, 析構掉 c 對象。

2. 對象以值傳遞的方式從函數傳回

     {  

//全局函數  

cexample g_fun()  

 cexample temp(0);  

 return temp;  

 g_fun();  

當g_fun()函數執行到return時,會産生以下幾個重要步驟:

(1). 先會産生一個臨時變量,就叫xxxx吧。

(2). 然後調用拷貝構造函數把temp的值給xxxx。整個這兩個步驟有點像:cexample xxxx(temp);

(3). 在函數執行到最後先析構temp局部變量。

(4). 等g_fun()執行完後再析構掉xxxx對象。

3. 對象需要通過另外一個對象進行初始化;

cexample a(100);  

cexample b = a;   

// cexample b(a);   

後兩句都會調用拷貝構造函數。

三. 淺拷貝和深拷貝

1. 預設拷貝構造函數

    很多時候在我們都不知道拷貝構造函數的情況下,傳遞對象給函數參數或者函數傳回對象都能很好的進行,這是因為編譯器會給我們自動産生一個拷貝構造函數,這就是“預設拷貝構造函數”,這個構造函數很簡單,僅僅使用“老對象”的資料成員的值對“新對象”的資料成員一一進行指派,它一般具有以下形式:

rect::rect(const rect& r)  

    width = r.width;  

    height = r.height;  

    當然,以上代碼不用我們編寫,編譯器會為我們自動生成。但是如果認為這樣就可以解決對象的複制問題,那就錯了,讓我們來考慮以下一段代碼:

class rect  

    rect()      // 構造函數,計數器加1  

        count++;  

    ~rect()     // 析構函數,計數器減1  

        count--;  

    static int getcount()       // 傳回計數器的值  

        return count;  

    int width;  

    int height;  

    static int count;       // 一靜态成員做為計數器  

int rect::count = 0;        // 初始化計數器  

    rect rect1;  

    cout<<"the count of rect: "<<rect::getcount()<<endl;  

    rect rect2(rect1);   // 使用rect1複制rect2,此時應該有兩個對象  

     cout<<"the count of rect: "<<rect::getcount()<<endl;  

  這段代碼對前面的類,加入了一個靜态成員,目的是進行計數。在主函數中,首先建立對象rect1,輸出此時的對象個數,然後使用rect1複制出對象rect2,再輸出此時的對象個數,按照了解,此時應該有兩個對象存在,但實際程式運作時,輸出的都是1,反應出隻有1個對象。此外,在銷毀對象時,由于會調用銷毀兩個對象,類的析構函數會調用兩次,此時的計數器将變為負數。

說白了,就是拷貝構造函數沒有處理靜态資料成員。

出現這些問題最根本就在于在複制對象時,計數器沒有遞增,我們重新編寫拷貝構造函數,如下:

    rect(const rect& r)   // 拷貝構造函數  

        width = r.width;  

        height = r.height;  

        count++;          // 計數器加1  

    static int getcount()   // 傳回計數器的值  

2. 淺拷貝

    所謂淺拷貝,指的是在對象複制時,隻對對象中的資料成員進行簡單的指派,預設拷貝構造函數執行的也是淺拷貝。大多情況下“淺拷貝”已經能很好地工作了,但是一旦對象存在了動态成員,那麼淺拷貝就會出問題了,讓我們考慮如下一段代碼:

    rect()      // 構造函數,p指向堆中配置設定的一空間  

        p = new int(100);  

    ~rect()     // 析構函數,釋放動态配置設定的空間  

        if(p != null)  

        {  

            delete p;  

        }  

    int *p;     // 一指針成員  

    rect rect2(rect1);   // 複制對象  

    在這段代碼運作結束之前,會出現一個運作錯誤。原因就在于在進行對象複制時,對于動态配置設定的内容沒有進行正确的操作。我們來分析一下:

    在運作定義rect1對象後,由于在構造函數中有一個動态配置設定的語句,是以執行後的記憶體情況大緻如下:

C++之拷貝構造函數

    在使用rect1複制rect2時,由于執行的是淺拷貝,隻是将成員的值進行指派,這時 rect1.p =

rect2.p,也即這兩個指針指向了堆裡的同一個空間,如下圖所示:

C++之拷貝構造函數

當然,這不是我們所期望的結果,在銷毀對象時,兩個對象的析構函數将對同一個記憶體空間釋放兩次,這就是錯誤出現的原因。我們需要的不是兩個p有相同的值,而是兩個p指向的空間有相同的值,解決辦法就是使用“深拷貝”。

3. 深拷貝

    在“深拷貝”的情況下,對于對象中動态成員,就不能僅僅簡單地指派了,而應該重新動态配置設定空間,如上面的例子就應該按照如下的方式進行處理:

    rect(const rect& r)  

        p = new int;    // 為新對象重新動态配置設定空間  

        *p = *(r.p);  

此時,在完成對象的複制後,記憶體的一個大緻情況如下:

C++之拷貝構造函數

此時rect1的p和rect2的p各自指向一段記憶體空間,但它們指向的空間具有相同的内容,這就是所謂的“深拷貝”。

3. 防止預設拷貝發生

    通過對對象複制的分析,我們發現對象的複制大多在進行“值傳遞”時發生,這裡有一個小技巧可以防止按值傳遞——聲明一個私有拷貝構造函數。甚至不必去定義這個拷貝構造函數,這樣因為拷貝構造函數是私有的,如果使用者試圖按值傳遞或函數傳回該類對象,将得到一個編譯錯誤,進而可以避免按值傳遞或傳回對象。

// 防止按值傳遞  

    {   

        a = b;  

        cout<<"creat: "<<a<<endl;  

    //拷貝構造,隻是聲明  

    cexample(const cexample& c);  

    ~cexample()  

        cout<< "delete: "<<a<<endl;  

    cout<<"test"<<endl;  

    cexample test(1);  

    //g_fun(test); 按值傳遞将出錯  

四. 拷貝構造函數的幾個細節

1. 拷貝構造函數裡能調用private成員變量嗎?

解答:這個問題是在網上見的,當時一下子有點暈。其時從名子我們就知道拷貝構造函數其時就是一個特殊的構造函數,操作的還是自己類的成員變量,是以不受private的限制。

2. 以下函數哪個是拷貝構造函數,為什麼?

x::x(const x&);      

x::x(x);      

x::x(x&, int a=1);      

x::x(x&, int a=1, int b=2);  

解答:對于一個類x, 如果一個構造函數的第一個參數是下列之一:

a) x&

b) const x&

c) volatile x&

d) const volatile x&

且沒有其他參數或其他參數都有預設值,那麼這個函數是拷貝構造函數.

x::x(const x&);  //是拷貝構造函數      

x::x(x&, int=1); //是拷貝構造函數     

x::x(x&, int a=1, int b=2); //當然也是拷貝構造函數  

3. 一個類中可以存在多于一個的拷貝構造函數嗎?

解答:類中可以存在超過一個拷貝構造函數。

class x {   

public:         

  x(const x&);      // const 的拷貝構造  

  x(x&);            // 非const的拷貝構造  

注意,如果一個類中隻存在一個參數為 x& 的拷貝構造函數,那麼就不能使用const x或volatile x的對象實行拷貝初始化.

class x {      

  x();      

  x(x&);  

};      

const x cx;      

x x = cx;    // error  

如果一個類中沒有定義拷貝構造函數,那麼編譯器會自動産生一個預設的拷貝構造函數。

這個預設的參數可能為 x::x(const x&)或 x::x(x&),由編譯器根據上下文決定選擇哪一個。

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