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C++复制(拷贝)构造函数详解

时间:2015-10-25 17:51:42      阅读:213      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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本文转载自 http://blog.csdn.net/lwbeyond/article/details/6202256,在此感谢作者

  CTemp B(A);       //复制构造函数,C++风格的初始化
       CTemp B=A;       //仍然是复制构造函数,不过这种风格只是为了与C兼容,与上面的效果一样
       在这之前B不存在,或者说还未构造好。

       CTemp B;
       B = A;                //赋值运算符
       在这之前B已经通过默认构造函数构造完成。

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。

 

#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;

[c-sharp] view plaincopy
 
  1. CExample A(100);  
  2. CExample B = A;   
  3. // 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
 
  1. Rect::Rect(const Rect& r)  
  2. {  
  3.     width = r.width;  
  4.     height = r.height;  
  5. }  

 
    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,因此执行后的内存情况大致如下:

 技术分享

 

    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:

技术分享

 

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
};

 

此时,在完成对象的复制后,内存的一个大致情况如下:

 

技术分享

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。

 

// 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

return 0;
}

 

 

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
 
  1. X::X(const X&);      
  2. X::X(X);      
  3. X::X(X&, int a=1);      
  4. 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&
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
 
  1. X::X(const X&);  //是拷贝构造函数      
  2. X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数     
  3. 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
 
  1. class X {   
  2. public:         
  3.   X(const X&);      // const 的拷贝构造  
  4.   X(X&);            // 非const的拷贝构造  
  5. };  


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
 
  1. class X {      
  2. public:  
  3.   X();      
  4.   X(X&);  
  5. };      
  6.   
  7. const X cx;      
  8. 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。

默认拷贝构造函数的行为如下:
 默认的拷贝构造函数执行的顺序与其他用户定义的构造函数相同,
执行先父类后子类的构造.
 拷贝构造函数
对类中每一个数据成员执行成员拷贝(memberwise Copy)的动作.
 a)如果数据成员为某一个类的实例,那么调用此类的拷贝构造函数.
 b)如果数据成员是一个数组,对数组的每一个执行按位拷贝. 
 c)如果数据成员是一个数量,如int,double,那么调用系统内建的赋值运算符对其进行赋值.

C++中什么时候有临时对象产生,此时刻c++一定要调用拷贝构造函数。(临时对象产生时有一个特例,此时不需要调用拷贝构造函数,例如类A,A a=1000;)

 

 

3. 写出以下程序段的输出结果, 并说明为什么? 如果你都能回答无误的话,那么你已经对拷贝构造函数有了相当的了解。

 

 
  1. #include    
  2. #include    
  3.   
  4. struct X {   
  5.   template<typename T>   
  6.   X( T& ) { std::cout << "This is ctor." << std::endl; }   
  7.   
  8.   template<typename T>   
  9.     X& operator=( T& ) { std::cout << "This is ctor." << std::endl; }   
  10. };   
  11.   
  12. void main() {   
  13.   X a(5);   
  14.   X b(10.5);   
  15.   X c = a;   
  16.   c = b;   
  17. }  

 

 

3.  拷贝构造函数不能由成员函数模版生成. 

 

 
  1. struct X {   
  2.     template<typename T>   
  3.     X( const T& );    // NOT copy ctor, T can‘t be X   
  4.   
  5.     template<typename T>   
  6.     operator=( const T& );  // NOT copy ass‘t, T can‘t be X   
  7. };   
  8.   

 

原因很简单, 成员函数模版并不改变语言的规则,而语言的规则说,如果程序需要一个拷贝构造函数而你没有声明它,那么编译器会为你自动生成一个. 所以成员函数模版并不会阻止编译器生成拷贝构造函数, 赋值运算符重载也遵循同样的规则.(参见Effective C++ 3edition, Item45)

 

 

 

 

2 一般来说是在数据成员包含指针对象的时候,应付两种不同的处理需求的 一种是复制指针对象,一种是引用指针对象 copy大多数情况下是复制,=则是引用对象的    

 

例子: 

 

  class   A 

 

  { 

 

          int   nLen; 

 

          char   *   pData; 

 

  } 

 

  显然 

 

  A   a,   b; 

 

  a=b的时候,对于pData数据存在两种需求 

 

  第一种copy 

 

      a.pData   =   new   char   [nLen]; 

 

      memcpy(a.pData,   b.pData,   nLen); 

 

  另外一种(引用方式) 

 

      a.pData   =   b.pData 

 

  

 

  通过对比就可以看到,他们是不同的 

 

  往往把第一种用copy使用,第二种用=实现

 

  你只要记住拷贝构造函数是用于类中指针,对象间的COPY 

 

3 拷贝构造函数首先是一个构造函数,它调用的时候产生一个对象,是通过参数传进来的那个对象来初始化,产生的对象。 

 

  operator=();是把一个对象赋值给一个原有的对象,所以如果原来的对象中有内存分配要先把内存释放掉,而且还要检查一下两个对象是不是同一个对象,如果是的话就不做任何操作。

 

还要注意的是拷贝构造函数是构造函数,不返回值  

 

而赋值函数需要返回一个对象自身的引用,以便赋值之后的操作  

 

4) 在形式上

 

类名(形参表列);          //普通构造函数的声明,如Box(int h,int w,int len);

 

类名(类名对象名);     //复制构造函数的声明,如Box(Box &b);

 

5) 在建立对象时,实参类型不同。系统会根据实参的类型决定调用普通构造函数或复制构造函数。如:

 

Box box1(12,15,16);           //实参为整数,调用普通构造函数

 

Box box2(box1);               //实参是对象名,调用复制构造函数

 

C++复制(拷贝)构造函数详解

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原文地址:http://www.cnblogs.com/guxuanqing/p/4908981.html

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