探讨C++中对象的“浅拷贝”与“深拷贝”

C++中对象的复制就如同“克隆”，用一个已有的对象快速地复制出多个完全相同的对象。一般而言，以下三种情况都会使用到对象的复制：

1.建立一个新对象，并用另一个同类的已有对象对新对象进行初始化，例如：

class Rect{private:int width;int height;};Rect rect1;Rect rect2(rect1);  // 使用rect1初始化rect2，此时会进行对象的复制

2. 当函数的参数为类的对象时，这时调用此函数时使用的是值传递，也会产生对象的复制，例如：

void fun1(Rect rect){...}int main(){Rect rect1;fun1(rect1);    // 此时会进行对象的复制return 0;}

3. 函数的返回值是类的对象时，在函数调用结束时，需要将函数中的对象复制一个临时对象并传给改函数的调用处，例如：

Rect fun2(){Rect rect;return rect;}int main(){Rect rect1;rect1=fun2();// 在fun2返回对象时，会执行对象复制，复制出一临时对象，// 然后将此临时对象“赋值”给rect1return 0;}

对象的复制都是通过一种特殊的构造函数来完成的，这种特殊的构造函数就是拷贝构造函数（copyconstructor，也叫复制构造函数）。拷贝构造函数在大多数情况下都很简单，甚至在我们都不知道它存在的情况下也能很好发挥作用，但是在一些特殊情况下，特别是在对象里有动态成员的时候，就需要我们特别小心地处理拷贝构造函数了。下面我们就来看看拷贝构造函数的使用。

 

一、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：

Rect::Rect(const Rect& r){width = r.width;height = r.height;}

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：

#include <iostream>using namespace std;class Test{private:static int count;int a;int b;public:Test(){++count;}~Test(){--count;}static int GetCount(){return count;}};int Test::count = 0;int main(int argc, char **argv){{Test t1;cout<<"The count of Test: "<<Test::GetCount()<<endl;Test t2(t1);   // 使用t1复制t2，此时应该有两个对象cout<<"The count of Test: "<<Test::GetCount()<<endl;}cout<<Test::GetCount();system("pause");return 0;}

这段代码对前面的类进行了一下小小的修改，加入了一个静态成员，目的是进行计数，统计创建的对象的个数，在每个对象创建时，通过构造函数进行递增，在销毁对象时，通过析构函数进行递减。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。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，解决的办法就是重新编写拷贝构造函数，在拷贝构造函数中加入对计数器的处理，形成的拷贝构造函数如下：

Test::Test(const Test &t){a = t.a;b = t.b;++count;}

自己编写拷贝构造函数又可以分为两种情况——浅拷贝与深拷贝。

二、浅拷贝

所谓浅拷贝，指的是在对象复制时，只是对对象中的数据成员进行简单的赋值，上面的例子都是属于浅拷贝的情况，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：

#include <iostream>using namespace std;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system("pause");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：

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，所以此时rect1.p和rect2.p具有相同的值，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”。

 

三、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：

#include <iostream>using namespace std;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};int main(){Rect rect1;Rect rect2(rect1);   // 复制对象system("pause");return 0;}

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”。

此外，在与“对象的复制”很类似的“对象的赋值”的情况下，也会出现同样的问题。

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。