C++编译器为类自动生成拷贝构造函数的情况

本文探讨了C++中拷贝构造函数的自动生成条件,特别是在涉及虚函数和继承时的情况。解释了编译器如何处理这些特殊情况,以确保正确地复制含有虚函数表的对象。

在一下情况中C++会为类自动生成拷贝构造函数

1.类中有虚函数

这种情况即意味着类的对象中有指向虚函数表的指针。考虑下面的情况

class A

{

private:

      int m_a;

public:

      virtual void ShowVal();
}


void A::ShowVal()

{

    printf("%d", m_a);
}

class B

{

private:

     int m_b;

public:

     void ShowVal();

}


void B::ShowVal()

{

    printf("%d", m_b);
}


int main()

{

    B b;

    b.m_b = 10;

    A a = b; //此处应该会有拷贝构造函数的调用(如果有)

    A* pa = &a;

    pa->ShowVal();

}

pa->ShowVal会报错吗?不会,但是是在编译器参与纠正的情况下,否则就错了。

因为A类的ShowVal是虚函数,也就导致A类是有虚函数表的,该表中有A类的ShowVal函数的地址,A类的ShowVal函数显示A类成员m_a

而B类继承A类后,由于B类重写了A类的ShowVal,显示B类成员m_b。因此,B类的虚函数表中存放了B类的ShowVal的地址,而不是A类的ShowVal的地址。

因此,通过简单的位拷贝模式(不提供拷贝构造函数的情况下,是默认使用位拷贝的模式),直接将B类的vptr拷贝到A类对象中。然后,当通过指针调用该A类对象的ShowVal函数的时候,就会访问到B类虚函数表中的ShowVal函数,访问到B类的m_b成员(不存在于A类对象中),然后就会出错了。

因此,编译器需要查收进行虚函数表的调整,会自动给A类生成一个拷贝构造函数,函数中重新设置A类对象的vptr,大致如下:

A::A(const A& a)

{

    this->vptr=A类的虚函数表地址;
}

那么,如果程序员显示提供了A类的构造函数的情况下会发生什么,编译器还会自动生成拷贝构造函数吗?

当A类有虚函数且程序员提供了拷贝构造函数的时候,程序员提供的拷贝构造函数肯定也不会去写重新设置vptr代码,因此,编译器会在程序员提供的拷贝构造函数中添加设置vptr的代码。


2.基类包含拷贝构造函数或者成员变量的类提供了拷贝构造函数

无论是程序员提供的拷贝构造函数还是像第一中情况下编译器自动生成的拷贝构造函数,只要基类包含了拷贝构造函数,就说明派生类中的基类部分不能直接使用位拷贝的模式进行赋值,必须调用所提供的拷贝构造函数就行构造,此时编译器会生成拷贝构造函数

B::B(const B& b)

{

    this->A::A(b);
}

类中的成员变量的类提供了构造函数的情况也是一样的

B::B(const B&b)

{

    this->m_a.A::A(b.m_a);
}

<think> 我们参考上述引用来回答用户关于编译器自动合成拷贝构造函数情况。 根据引用[1]:当基包含拷贝构造函数时,编译器会为派生生成拷贝构造函数,以避免基部分使用位拷贝。 引用[3]详细说明了四种情况: 1. 包含的成员变量是对象,并且这个对象的拷贝构造函数。 2. 继承自一个基,这个基拷贝构造函数。 3. 声明了一个或多个虚函数。 4. 继承自一个基,这个基有一个或多个虚函数。 引用[2]中的例子:Date只有内置型成员,没有自定义拷贝构造函数编译器会自动合成一个拷贝构造函数(按位拷贝),所以Date d2(d1);会调用合成的拷贝构造函数(即使没有显式定义,也会合成一个按位拷贝的版本)。但是要注意,按位拷贝对于内置型是安全的,但如果中含有指针等需要深拷贝的成员,按位拷贝就会出问题,这种情况下程序员必须自己定义拷贝构造函数。 引用[5]中提到了虚函数表的情况:如果有虚函数,编译器会生成虚函数表指针(vbptr),这时如果进行位拷贝,会导致新对象和原对象指向同一个虚函数表,但如果是派生对象赋值给基对象,就可能出现基对象指向派生虚函数表的问题,这是错误的。因此,在这种情况下编译器会生成拷贝构造函数来正确初始化虚函数表指针。 总结编译器自动合成拷贝构造函数情况: 1. 中有一个成员对象,该成员对象所属的有一个拷贝构造函数(无论是显式声明还是编译器合成的)。 2. 继承的基有一个拷贝构造函数(无论是显式声明还是编译器合成的)。 3. 中声明了一个或多个虚函数。 4. 继承自一个基,且该基有一个或多个虚函数。 注意:在C++11以后,拷贝控制(包括拷贝构造)的自动生成规则有一些变化,但以上四种情况仍然适用。另外,如果程序员自己定义了拷贝构造函数(或其他拷贝控制函数),编译器就不会自动合成(除非使用=default要求编译器生成)。 需要强调的是,在以下情况下编译器不会自动生成拷贝构造函数: - 中的成员都是内置型且没有虚函数,也没有基(或者基也没有拷贝构造函数和虚函数),那么编译器会生成一个按位拷贝的拷贝构造函数(即默认的拷贝构造函数执行的是浅拷贝)。但是,如果这样的需要深拷贝,则必须由程序员自己定义。 引用[4]则讨论了编译器拷贝构造函数的优化(即拷贝省略),但这与自动合成拷贝构造函数是不同的话题。 因此,回答用户的问题:编译器自动合成拷贝构造函数情况主要有上述四种,它们确保了在对象拷贝时能够正确处理成员对象、基对象以及虚函数表。 </think> 在C++中,编译器会自动合成拷贝构造函数情况主要有以下四种,这些规则确保了对象的正确复制行为: ### 一、编译器自动合成拷贝构造函数的条件 1. **包含成员对象(且该对象有拷贝构造函数)** 当成员是另一个的对象,且该对象所属显式声明了拷贝构造函数(无论用户定义或编译器合成)时: ```cpp class Member { public: Member(const Member& m); // 用户声明拷贝构造 }; class Container { Member obj; // 成员对象 }; ``` 2. **继承自带有拷贝构造函数的基** 派生会继承基的拷贝行为: ```cpp class Base { public: Base(const Base& b); // 基有拷贝构造 }; class Derived : public Base { // 编译器自动合成拷贝构造 }; ``` 3. **声明了虚函数** 虚函数机制要求正确初始化虚函数表指针(`vptr`): ```cpp class VirtualClass { public: virtual void func(); // 虚函数声明 // 编译器自动合成拷贝构造以初始化vptr }; ``` 4. **继承自带虚函数的基** 即使派生本身没有虚函数: ```cpp class BaseWithVirtual { public: virtual void func(); // 基有虚函数 }; class Child : public BaseWithVirtual { // 编译器自动合成拷贝构造以处理基vptr }; ``` ### 二、关键原理分析 - **位拷贝风险**:若编译器不合成拷贝构造,默认采用位拷贝(浅拷贝)。对于含虚函数或继承虚函数的情况,会导致虚函数表指针(`vptr`)错误指向基表而非派生表[^5]。 - **成员/基依赖**:当成员对象或基定义了拷贝行为时,必须通过调用其拷贝构造完成初始化[^1][^3]。 - **隐式生成规则**:仅当用户**未显式声明**拷贝构造函数时,编译器才会按需自动合成[^3]。 ### 三、典型案例说明 ```cpp class Simple { int data; // 内置型成员 // 无虚函数/继承/自定义成员对象 → 编译器合成位拷贝式拷贝构造 }; Simple a; Simple b(a); // 使用合成拷贝构造(安全) ``` ```cpp class Base { virtual void foo(); }; // 含虚函数 class Derived : public Base {}; // 条件4触发 Derived d1; Derived d2(d1); // 合成拷贝构造正确初始化vptr[^5] ``` ### 四、例外情况 - **用户显式声明**:若用户定义了拷贝构造函数编译器不会合成。 - **平凡型(Trivial Types)**:仅含内置型且无虚函数/继承的,合成拷贝构造等价于`memcpy`(位拷贝)[^2]。
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