stl中push_back和浅拷贝和深拷贝的问题

《程序员面试宝典》中stl模板与容器中的一个例子：

#include <iostream>#include <cstdlib>#include <vector>#include <string.h>#include <stdio.h>using namespace std;class CDemo{public:CDemo():str(NULL){};~CDemo(){if(str) delete[] str;};char * str;};int main(){CDemo d1;d1.str=new char[32];strcpy(d1.str,"trend micro");vector<CDemo> * a1=new vector<CDemo>;a1->push_back(d1);delete a1;getchar();printf("getchar");return 0;}

上面的这个代码是有问题的，CDemo中的析构函数会重复删除同一片内存区域。但是奇怪的是使用mingw中的g++编译上面的代码时能正常执行，就是说没有出现运行时错误，但是使用visual studio 2008编译时没有出错，运行时出错。

在release模式下运行时vs可能都崩溃，出现下面的错误：

下面分析这块代码错误的原因。主要是由于push_back函数引起的。这个函数会对传递进来的参数进行一次拷贝（调用拷贝构造函数），并将其添加到vector中。如果对象没有拷贝构造函数，编译器会为其生成一个，但是这个编译器生成的拷贝构造函数只是进行了一次浅拷贝，在本例中就是只是复制了str的值，也就是"strend micro"的地址，即拷贝后的对象和原对象的str都是指向同一块内存区域，但是这个拷贝的对象和原对象的析构函数又都会执行，这里就会delete两次。（注意，即使对于一个空类，编译器也会默认生成4个成员函数：默认构造函数，析构函数，拷贝构造函数，赋值函数。）

对析构函数做如下更改可以清晰看出区别：

~CDemo(){static int i=0;cout<<"&CDemo"<<i++<<"="<<(int *)this<<",str="<<(int *)str<<endl;if(str) delete[] str;};

在VS 2008中执行后的结果如下：

用g++编译执行的结果如下：

可以发现无论是vs和g++析构函数都执行了两次，只不过vs有错误提示，g++没有错误提示而已。但是这段代码本质上还是有错误的。顺便打印出的d1的地址，可以发现在getchar之后即main函数退出后析构的是d1。另外一次析构的就是push_back函数调用时创建的那个CDemo对象。

添加拷贝构造函数，并打印出执行的次序，此处添加的拷贝构造函数就是编译器自动生成的拷贝构造函数，只是进行了简单的复制操作，很容易看出问题所在。代码如下：

#include <iostream>#include <cstdlib>#include <vector>#include <string.h>#include <stdio.h>using namespace std;class CDemo{public:CDemo():str(NULL){cout<<"construct invoke!"<<endl;};CDemo(const CDemo &cd){cout<<"copy construct invoke!"<<endl;cout<<"address of copy:"<<(int *)this<<endl;this->str=cd.str;}~CDemo(){static int i=0;cout<<"deconstruct &CDemo"<<i++<<"="<<(int *)this<<",str="<<(int *)str<<endl;if(str) delete[] str;};char * str;};int main(){CDemo d1;cout<<"address of d1: "<<&d1<<endl;d1.str=new char[32];strcpy(d1.str,"trend micro");vector<CDemo> * a1=new vector<CDemo>;a1->push_back(d1);delete a1;return 0;}

上面的代码执行后输出如下：

可以看出首先调用了构造函数，并且这个对象的地址位于0x28fef8，然后拷贝构造函数调用，拷贝后的对象的地址位于0x332370。然后析构时首先析构位于0x332370的对象，即拷贝的对象，然后析构位于0x28fef8的对象，即d1。到这里可以很明显看出问题所在了，即位于0x332390的内存区被delete了两次。

注意在delete [] str;后添加str=NULL;这行代码也没有用，因为修改d1对象的str为NULL并不会对拷贝后的对象的str产生影响，拷贝对象的析构函数执行时依然会再次delete这块内存。

修改方法是使用深拷贝：

CDemo(const CDemo &cd){cout<<"copy construct invoke!"<<endl;cout<<"address of copy:"<<(int *)this<<endl;this->str=new char[strlen(cd.str)+1];strcpy(str,cd.str);}

注意strcpy也拷贝了字符串结束符'\0'。

上面的问题解决了，还有就是push_back插入元素时的一些构造和拷贝构造的问题。网上有一篇很好的文章

 STL 的 vector push_back 类对象时出现问题，偶尔发现 vector 在 push_back 时的调用类对象的拷贝构造函数和析构函数有点特别，简单做下分析。

#include <iostream>#include <vector> using namespace std; struct sss{public:    explicit sss(int val) : value(val)    {        cout << "---init sss " << this << ", value:" << value << endl;    }     sss(const sss& org)    {        cout << "---copy " << &org << " to " << this << endl;        value = org.value;    }     ~sss()    {        cout << "---destory sss " << this << ", value:" << value << endl;    }      int value;}; int main(int argc, char ** argv){    sss s_tmp(11);    int i = 0;    vector<sss> vvv;     for (i = 0; i < 5; i++) {        s_tmp.value++;        vvv.push_back(s_tmp);        cout << "size: " << vvv.size() << ", capacity: " << vvv.capacity() << endl;    }     return 0;}

g++中编译的结果如下图：

在visual stdio 2008中执行的结果如下：

结果分析：

vector 每次调用 push_back 时都会拷贝一个新的参数指定的 sss 类对象，这会调用 sss 的拷贝构造函数，第一次的 copy 正常，而且 vector 的实际容量也由 0  变为 1。

第二次调用 push_back，通过输出会发现调用了两次拷贝构造函数，一次析构函数，原来 vector 此时判断容量不够，将容量扩大为原来的两倍，变为 2，并将原来的元素再次拷贝一份存放到新的内存空间，然后拷贝新加的类对象，最后再释放原来的元素。

第三次调用 push_back 时，vector 自动扩大为4，因此拷贝构造函数调用了3次，析构函数调用了2次，程序最终退出了时就析构了 5 次加本身的 sss 类对象一共 6 次。

参考：

由此看来，vector 的 push_back 在发现空间不足时在gcc中自动将空间以 2 的指数增长：0 -> 1 -> 2 -> 4 -> 8 -> 16 -> 32 …

 在Visual Studio 2008 中发现 vector 的实际空间增加顺序为：1 - 2 - 3 - 4 - 6 - 9 - 13 - 19 - 28 - 42 - 63 - 94 - 141 - 211 …

查找资料后得知，如此设计的主要目的是为了尽可能的减小时间复杂度；如果每次都按实际的大小来增加 vector 的空间，会造成时间复杂度很高，降低 push_back 的速度。

另外关于 push_back 为什么会执行拷贝构造函数，push_back 的原型为：

void push_back(const _Ty& _Val)

参数是以引用方式传递，按说不会拷贝，但 push_back 实际实现中判断空间不足时是调用 insert 函数添加元素：

void push_back(const _Ty& _Val)
{
   // insert element at end
   if (size() < capacity())
   #if _HAS_ITERATOR_DEBUGGING
   {
      // room at end, construct it there
      _Orphan_range(_Mylast, _Mylast);
      _Mylast = _Ufill(_Mylast, 1, _Val);
   }
   #else /* _HAS_ITERATOR_DEBUGGING */
      _Mylast = _Ufill(_Mylast, 1, _Val);
   #endif /* _HAS_ITERATOR_DEBUGGING */
   else
      insert(end(), _Val);
}