C++拷贝构造函数详解

本文转载自C++拷贝构造函数详解
一. 什么是拷贝构造函数
对于普通类型的对象来说，它们之间的复制是很简单的。

int a=100;  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:   CExample(int b)   {a=b;}    void Show()  {  cout<<a<<endl;  }  };    int main()  {  CExample A(100);      CExample B=A;     B.Show();  }  

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:      CExample(int b)      { a=b;}         CExample(const CExample& C)      {          a=C.a;      }      void Show()      {  cout<<a<<endl;      }  };    int main()  {  CExample A(100);  CExample B=A;   B.Show();    }

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

#include<iostream>using namespace std;class CExample   {  private:  int a;  public:  CExample(int b)  {   a=b;  cout<<"creat: "<<a<<endl;  }  CExample(const CExample& C)  {  a=C.a;  cout<<"copy"<<endl;  }   ~CExample()  {  cout<< "delete: "<<a<<endl;  }    void Show()  {  cout<<a<<endl;    }  };    void g_Fun(CExample C)  {  cout<<"test"<<endl;  }    int main()  {  CExample test(1);  g_Fun(test);    } 

调用g_Fun()时，会产生以下几个重要步骤：
(1)test对象传入形参时产生一个临时变量temp。
(2)调用拷贝构造函数把test的值给temp。
(3)等g_Fun()执行完后析构掉temp对象。
2. 对象以值传递的方式从函数返回

#include<iostream>using namespace std;class CExample   {  private:  int a;  public: CExample(int b)  {   a=b;   cout<<"creat: "<<a<<endl;  }   CExample(const CExample& C)  {   a=C.a;    cout<<"copy"<<endl;  }  ~CExample()  {   cout<<"delete: "<<a<<endl;   }  void Show()    {     cout<<a<<endl;     }  };    CExample g_Fun()  {  CExample test(1);  return test;  }    int main()  {  g_Fun();    }

当g_Fun()执行到return时，会产生以下几个重要步骤：
(1)产生一个临时变量temp。
(2)调用拷贝构造函数把test的值给temp。
(3)在函数执行到最后先析构test局部变量。
(4)等g_Fun()执行完后再析构掉temp对象。
3. 对象需要通过另外一个对象进行初始化

CExample A(100);  CExample B=A;   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，它一般具有下面形式。

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。

#include<iostream>using namespace std;class Rect  {  public:  Rect()        {  count++;      }      ~Rect()        {          count--;      }  static int getCount()            {          return count;      }  private:      int width;      int height;  static int count;    };    int Rect::count=0;          int main()  {      Rect rect1;      cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;      Rect rect2(rect1);     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;    }

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。

#include<iostream>using namespace std;class Rect  {  public:  Rect()          {          count++;      }      Rect(const Rect& r)      {          width=r.width;          height=r.height;          count++;             }      ~Rect()      {         count--;      }      static int getCount()       {          return count;      }  private:      int width;      int height;      static int count;      };  int Rect::count=0;          int main()  {      Rect rect1;      cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;      Rect rect2(rect1);     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;    }

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，浅拷贝就会出问题了。

#include<iostream>using namespace std;class Rect  {  public:      Rect()       {          p=new int(100);      }      ~Rect(){          if(p!=NULL)          {              delete p;          }      }  private:      int width;      int height;  int *p;     };    int main()  {      Rect rect1;      Rect rect2(rect1);  }

执行赋值后的内存情况如下：

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下面的方式进行处理。

#include<iostream>using namespace std;class Rect  {  public:  Rect()     {  p=new int(100);      }      Rect(const Rect& r)      {          width=r.width;          height=r.height;          p=new int;      *p=*(r.p);      }      ~Rect()         {  if(p!=NULL)          {              delete p;          }      }  private:      int width;  int height;      int *p;       };int main()  {      Rect rect1;      Rect rect2(rect1);  }

执行赋值后的内存情况如下：

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。
4. 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。

#include<iostream>using namespace std;class CExample   {  private:      int a;    CExample(const CExample& C); public:    CExample(int b)      {           a=b;          cout<<"creat: "<<a<<endl;      }        ~CExample()      {          cout<< "delete: "<<a<<endl;      }      void Show()      {          cout<<a<<endl;      }  };    void g_Fun(CExample C)  {      cout<<"test"<<endl;  }    int main()  {      CExample test(1);      //g_Fun(test); 按值传递将出错  }

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实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?

X::X(const X&);      X::X(X);      X::X(X&,int a=1);      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&
且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。
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。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。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。