为了定义拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，我们首先必须确认此类型对象的拷贝语义。通常可以定义拷贝操作，使类的行为看起来像一个值或者像一个指针(即所谓的深拷贝和浅拷贝)
类的行为像一个值，意味着它应该也有自己的状态。当我们拷贝一个像值的对象时，副本和原对象是完全独立的。改变副本不会对原对象有任何影响，反之亦然
行为像指针的类则共享状态。当我们拷贝一个这种类的对象时，副本和原对象使用相同的底层数据。改变副本也会改变原对象，反之亦然
在我们使用过的标准库类中，标准库容器和 string 类的行为像一个值。shared_ptr 提供类似指针的行为。IO 类型和 unique_ptr 不允许拷贝或赋值，因此它们的行为既不像值也不像指针
行为像值的类：
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class HasPtr{ 5 public: 6 HasPtr(const std::string &s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0) {} 7 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(new std::string(*p.ps)), i(p.i) {} 8 HasPtr& operator=(const HasPtr&); 9 ~HasPtr(){ 10 delete ps; 11 } 12 13 ostream& print(ostream &os){ 14 os << i << " " << *ps << " " << ps; 15 return os; 16 } 17 18 private: 19 std::string *ps; 20 int i; 21 }; 22 23 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){ 24 auto newp = new string(*rhs.ps);//为了避免两个对象中ps指针相同时出错先将rhs.ps中的内容存放到一个新开辟的空间newp中 25 delete ps;//释放旧内存 26 ps = newp; 27 i = rhs.i; 28 return *this; 29 } 30 31 int main(void){ 32 HasPtr s1("hello"); 33 HasPtr s2 = s1; 34 HasPtr s3; 35 s3 = s1; 36 37 s1.print(cout) << endl; 38 s2.print(cout) << endl; 39 s3.print(cout) << endl; 40 41 // 输出： 42 // 0 hello 0x2a811d8 43 // 0 hello 0x2a811a8 44 // 0 hello 0x2a81198 45 46 return 0; 47 }
注意：在赋值运算符应该要防范自赋值的情况：
1 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){ 2 delete ps;//如果rhs和本对象是同一个对象，则rhs.ps将成为一个空悬指针 3 ps = new string(*rhs.ps);//错误,我们试图解引用一个空悬指针 4 i = rhs.i; 5 return *this; 6 }
行为像指针的类：
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class HasPtr{ 5 public: 6 HasPtr(const std::string &s = std::string()) : 7 ps(new std::string(s)), i(0), use(new std::size_t(1)) {}//直接初始化时引用计数为1 8 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(p.ps), i(p.i), use(p.use) { 9 ++*use;//引用计数加一 10 } 11 HasPtr& operator=(const HasPtr&); 12 ~HasPtr(); 13 14 ostream& print(ostream &os){ 15 os << *use << " " << i << " " << *ps << " " << ps; 16 return os; 17 } 18 19 private: 20 std::string *ps; 21 int i; 22 std::size_t *use;//记录当前有多少个对象共享*ps成员 23 }; 24 25 HasPtr::~HasPtr() { 26 if(--*use == 0){//每析构一个HasPtr对象引用计数减一 27 delete ps;//如果引用计数为0,释放ps和use所指的内存 28 delete use; 29 } 30 } 31 32 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){ 33 ++*rhs.use;//递增右侧运算对象的引用计数 34 if(--*use == 0){//然后递减本对象的引用计数 35 delete ps;//如果没有其它用户 36 delete use;//释放本对象分配的内存 37 } 38 ps = rhs.ps; 39 i = rhs.i; 40 use = rhs.use; 41 return *this; 42 } 43 44 int main(void){ 45 HasPtr s1("hello"); 46 HasPtr s2 = s1; 47 HasPtr s3; 48 s3 = s1; 49 HasPtr s4("word"); 50 51 s1.print(cout) << endl; 52 s2.print(cout) << endl; 53 s3.print(cout) << endl; 54 s4.print(cout) << endl; 55 56 // 输出： 57 // 3 0 hello 0x2d31218 58 // 3 0 hello 0x2d31218 59 // 3 0 hello 0x2d31218 60 // 1 0 word 0x2b610c8 61 62 return 0; 63 }
注意：为了实现类似于 shared_ptr 的引用计数功能，我们可以将计数器保持到动态内存中，指向相同 ps 对象的 HasPtr 也指向相同的 use 对象。 这里我们不能使用 static 来实现引用计数，因为它是属于类本身的，这意味着所有 HasPtr 类的对象中 use 值都是相等的，并且我们将无法做到给赋值运算符右侧对象 use 加一，左侧对象 use 减一：
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class HasPtr{ 5 public: 6 HasPtr(const std::string &s = std::string()) : 7 ps(new std::string(s)), i(0) {}//直接初始化时引用计数为1 8 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(p.ps), i(p.i) { 9 ++use;//引用计数加一 10 } 11 HasPtr& operator=(const HasPtr&); 12 ~HasPtr(); 13 14 ostream& print(ostream &os){ 15 os << use << " " << i << " " << *ps << " " << ps; 16 return os; 17 } 18 19 private: 20 std::string *ps; 21 int i; 22 static std::size_t use;//记录当前有多少个对象共享*ps成员 23 }; 24 25 HasPtr::~HasPtr() { 26 if(--use == 0){//每析构一个HasPtr对象引用计数减一 27 delete ps;//如果引用计数为0,释放ps所指的内存 28 } 29 } 30 31 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){ 32 ++rhs.use;//递增右侧运算对象的引用计数 33 if(--use == 0){//然后递减本对象的引用计数 34 delete ps;//如果没有其它用户,释放本对象分配的内存 35 } 36 ps = rhs.ps; 37 i = rhs.i; 38 use = rhs.use; 39 return *this; 40 } 41 42 size_t HasPtr::use = 1; 43 44 int main(void){ 45 HasPtr s1("hello"); 46 HasPtr s2 = s1; 47 HasPtr s3; 48 s3 = s1; 49 HasPtr s4("word"); 50 51 s1.print(cout) << endl; 52 s2.print(cout) << endl; 53 s3.print(cout) << endl; 54 s4.print(cout) << endl; 55 56 // 输出： 57 // 2 0 hello 0x2be1248 58 // 2 0 hello 0x2be1248 59 // 2 0 hello 0x2be1248 60 // 2 0 word 0x2be10b8 61 62 return 0; 63 }
交换操作：
库函数 swap 的实现依赖于类的拷贝构造函数和赋值运算符。如，对值语义的 HasPtr 类对象使用库函数 swap：
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class HasPtr{ 5 public: 6 HasPtr(const std::string &s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0) {} 7 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(new std::string(*p.ps)), i(p.i) {} 8 HasPtr& operator=(const HasPtr&); 9 ~HasPtr(){ 10 delete ps; 11 } 12 13 ostream& print(ostream &os){ 14 os << i << " " << *ps << " " << ps; 15 return os; 16 } 17 18 private: 19 std::string *ps; 20 int i; 21 }; 22 23 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){ 24 auto newp = new string(*rhs.ps);//为了避免两个对象中ps指针相同时出错先将rhs.ps中的内容存放到一个新开辟的空间newp中 25 delete ps;//释放旧内存 26 ps = newp; 27 i = rhs.i; 28 return *this; 29 } 30 31 int main(void){ 32 HasPtr s1("hello"); 33 HasPtr s2("word"); 34 35 s1.print(cout) << endl; 36 s2.print(cout) << endl; 37 38 swap(s1, s2); 39 // HasPtr cmp = s1; 40 // s1 = s2; 41 // s2 = cmp; 42 43 s1.print(cout) << endl; 44 s2.print(cout) << endl; 45 46 // 输出： 47 // 0 hello 0x28411c8 48 // 0 word 0x2841238 49 // 0 word 0x28410d8 50 // 0 hello 0x28410e8 51 52 return 0; 53 }
显然，swap(s1, s2)；的实现流程是：
HasPtr cmp = s1;
s1 = s2;
s2 = cmp;
这个过程中分配了 3 次内存，效率及其低下。理论上这些内存分配都是不必要的。我们可以只交换指针而不需要分配 string 的新副本。
因此，除了定义拷贝控制成员，管理资源的类通常还需要定义一个名为 swap 的函数。尤其对于那些与重排元素顺序的算法一起使用的类，定义 swap 是非常重要的。这类算法在需要交换两个元素时会调用 swap。
给值语义的 HasPtr 编写 swap 函数：
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class HasPtr{ 5 friend void swap(HasPtr&, HasPtr&); 6 7 public: 8 HasPtr(const std::string &s = std::string(), int a = 0) : ps(new std::string(s)), i(a) {} 9 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(new std::string(*p.ps)), i(p.i) {} 10 HasPtr& operator=(const HasPtr&); 11 ~HasPtr(){ 12 delete ps; 13 } 14 15 ostream& print(ostream &os){ 16 os << i << " " << *ps << " " << ps; 17 return os; 18 } 19 20 private: 21 std::string *ps; 22 int i; 23 }; 24 25 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){ 26 auto newp = new string(*rhs.ps);//为了避免两个对象中ps指针相同时出错先将rhs.ps中的内容存放到一个新开辟的空间newp中 27 delete ps;//释放旧内存 28 ps = newp; 29 i = rhs.i; 30 return *this; 31 } 32 33 inline 34 void swap(HasPtr &lhs, HasPtr &rhs){ 35 swap(lhs.ps, rhs.ps); 36 swap(lhs.i, rhs.i); 37 } 38 39 int main(void){ 40 HasPtr s1("hello"); 41 HasPtr s2("word", 1); 42 43 s1.print(cout) << endl; 44 s2.print(cout) << endl; 45 46 swap(s1, s2); 47 // auto cmp = s1.ps; 48 // s1.ps = s2.ps; 49 // s2.ps = cmp; 50 // auto cnt = s1.i; 51 // s1.i = s2.i; 52 // s2.i = cnt; 53 54 s1.print(cout) << endl; 55 s2.print(cout) << endl; 56 57 // 输出： 58 // 0 hello 0x2bb1208 59 // 1 word 0x2bb1128 60 // 1 word 0x2bb1128 61 // 0 hello 0x2bb1208 62 63 return 0; 64 }
注意：如果存在类型特定的 swap 版本，其匹配程度会优于 std 中定义的版本。如果不存在类型特定的版本，则会使用 std 中的版本(假定作用域中有 using 声明)
类指针的 HasPtr 版本并不能从 swap 函数受益
在赋值运算符中使用 swap：
定义了 swap 的类中通常用 swap 来定义它们的赋值运算符。这些运算符使用了一种名为 拷贝并交换(copy and swap) 的技术。这种技术将左侧运算对象与右侧运算对象的一个副本进行交换：
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 class HasPtr{ 5 friend void swap(HasPtr&, HasPtr&); 6 7 public: 8 HasPtr(const std::string &s = std::string(), int a = 0) : ps(new std::string(s)), i(a) {} 9 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(new std::string(*p.ps)), i(p.i) {} 10 HasPtr& operator=(HasPtr); 11 ~HasPtr(){ 12 delete ps; 13 } 14 15 ostream& print(ostream &os){ 16 os << i << " " << *ps << " " << ps; 17 return os; 18 } 19 20 private: 21 std::string *ps; 22 int i; 23 }; 24 25 HasPtr& HasPtr::operator=(HasPtr rhs){//注意这里不能是引用 26 swap(*this, rhs);//交换后rhs指向本对象曾经使用的内存 27 return *this;//作用域结束，rhs被销毁，从而delete了rhs种的指针 28 } 29 30 inline 31 void swap(HasPtr &lhs, HasPtr &rhs){ 32 swap(lhs.ps, rhs.ps); 33 swap(lhs.i, rhs.i); 34 } 35 36 int main(void){ 37 HasPtr s1("hello"); 38 HasPtr s2("word", 1); 39 40 s1.print(cout) << endl; 41 s2.print(cout) << endl; 42 43 swap(s1, s2); 44 45 s1.print(cout) << endl; 46 s2.print(cout) << endl; 47 48 // 输出： 49 // 0 hello 0x2ef1128 50 // 1 word 0x2ef1088 51 // 1 word 0x2ef1088 52 // 0 hello 0x2ef1128 53 54 return 0; 55 }
注意：这个版本赋值运算符中，参数并不能是引用
使用拷贝和交换的赋值运算符自动就是异常安全的，且能正确处理自赋值
