c++中的拷贝构造函数（深拷贝和浅拷贝）

在C++中，浅拷贝（Shallow Copy）和深拷贝（Deep Copy）是对象复制的两种不同方式，它们的核心区别在于如何处理对象内部的动态资源管理（如指针、文件句柄等）。

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一、浅拷贝（Shallow Copy）

定义：
浅拷贝仅复制对象的成员值（包括指针的值），但不复制指针指向的实际内容。拷贝后的对象和原对象会共享同一块动态分配的内存。

特点：

1. 默认行为：C++默认的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符是浅拷贝。
2. 速度快：仅复制指针地址，不复制实际数据。
3. 风险高：如果多个对象共享同一块内存，可能导致双重释放（double-free）或悬空指针（dangling pointer）。

示例：

class ShallowString {
public:
    char* data;
    // 构造函数
    ShallowString(const char* s) {
        data = new char[strlen(s) + 1];
        strcpy(data, s);
    }
    // 默认拷贝构造函数是浅拷贝：ShallowString(const ShallowString& other) : data(other.data) {}
};

int main() {
    ShallowString s1("Hello");
    ShallowString s2 = s1;  // 浅拷贝：s2.data 和 s1.data 指向同一内存
    delete s1.data;         // s2.data 现在指向已释放的内存（悬空指针）
}

 

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二、深拷贝（Deep Copy）

定义：
深拷贝会复制对象的所有内容，包括指针指向的动态分配资源。拷贝后的对象和原对象拥有独立的资源副本。

特点：

1. 安全性高：每个对象管理自己的资源，避免共享内存问题。
2. 需手动实现：需要自定义拷贝构造函数、拷贝赋值运算符和析构函数（遵循 Rule of Three）。
3. 性能开销：复制大量数据时可能较慢。

示例：

class DeepString {
public:
    char* data;
    // 构造函数
    DeepString(const char* s) {
        data = new char[strlen(s) + 1];
        strcpy(data, s);
    }
    // 深拷贝构造函数
    DeepString(const DeepString& other) {
        data = new char[strlen(other.data) + 1];
        strcpy(data, other.data);
    }
    // 深拷贝赋值运算符
    DeepString& operator=(const DeepString& other) {
        if (this != &other) {  // 防止自赋值
            delete[] data;     // 释放旧资源
            data = new char[strlen(other.data) + 1];
            strcpy(data, other.data);
        }
        return *this;
    }
    // 析构函数
    ~DeepString() {
        delete[] data;
    }
};

int main() {
    DeepString s1("World");
    DeepString s2 = s1;  // 深拷贝：s2.data 是独立副本
    delete s1.data;      // 不影响 s2.data
}

 

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三、关键区别

特性	浅拷贝	深拷贝
复制内容	仅复制指针地址	复制指针指向的实际数据
资源所有权	共享资源	独立资源
默认行为	是	否（需手动实现）
性能	快（仅复制指针）	慢（复制数据）
安全性	低（可能双重释放）	高

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四、何时需要深拷贝？

当类满足以下条件时，必须实现深拷贝：

1. 包含动态分配的资源（如 new 分配的指针）。
2. 需要确保对象的独立性（避免共享资源导致的副作用）。

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五、现代C++的替代方案

1. 使用智能指针（如 std::unique_ptr、std::shared_ptr）自动管理资源。
2. 遵循 Rule of Zero：通过依赖智能指针等工具，避免手动实现拷贝控制函数。

#include <memory>
class SafeString {
    std::unique_ptr<char[]> data;  // 自动管理资源
public:
    SafeString(const char* s) : data(std::make_unique<char[]>(strlen(s) + 1)) {
        strcpy(data.get(), s);
    }
    // 无需手动实现拷贝构造函数、赋值运算符和析构函数！
};

 

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总结

• 浅拷贝适合无动态资源的简单对象（如仅包含基本类型的类）。
• 深拷贝是管理动态资源时的必要手段。
• 现代C++中，优先使用智能指针和RAII（Resource Acquisition Is Initialization）来避免手动深拷贝。