C++ Primer复制控制 13.1复制构造函数

※复制构造函数、赋值操作符和析构函数总称为复制控制。编译器自动实现这些操作，但类也可以定义自己的版本。

※有一种特别常见的情况需要类定义自己的复制控制成员的：类具有指针成员。

13.1 复制构造函数

         ※当用于类类型对象时，初始化的复制形式和直接形式有所不同：直接初始化直接调用与实参匹配的构造函数，复制初始化总是调用复制构造函数。复制初始化首先使用指定构造函数创建一个临时对象（第 7.3.2 节），然后用复制构造函数将那个临时对象复制到正在创建的对象

         ※由于不能复制 IO 类型的对象（第 8.1 节），所以不能对那些类型的对象使用复制初始化。

         ※作为一般规则（第9.1.1 节），除非你想使用容器元素的默认初始值更有效的办法是，分配一个空容器并将已知元素的值加入容器。

         ※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:

         1.复制一个对象，将它作为实参传给一个函数。

         2.从函数返回时复制一个对象。

   3.根据另一个同类型的对象显式或隐式初始化一个对象。

         4.初始化顺序容器中的元素。

         5.根据元素初始化式列表初始化数组元素。

我们来看看前三种情况：

#include <iostream>
using namespace std;
 
/*******************************************************/
class CExample {
public:
      /* 构造函数*/
      explicit CExample(int b = 10);
 
      /* 拷贝构造函数*/
      CExample( const CExample &obj);
 
      /* 析构函数*/
      ~CExample(){
           cout<<"indelete function. member address:"<<&a<<endl;
      }
 
      /* 一般函数*/
      void Show (){
           cout<<a<<endl;
      }
private:
      int a;
};
 
CExample::CExample(int b ):a(b){
      cout<<"memberaddress(in order to define which obj):"
           <<&a<<endl;
}
CExample::CExample(const CExample &obj){
      cout<<"in copyconstructor."<<endl;
      a = obj.a;
}
/*******************************************************/
 
/* 1.传入的是对象,如果传入的是对象的引用，则不会调用拷贝构造函数 */
void glob_fun1(CExample C) 
{ 
      cout<<"inglob_fun1"<<endl;
} 
 
/*2.从函数返回时复制一个对象。*/
CExample glob_fun2() 
{ 
      cout<<"inglob_fun1"<<endl;
      CExample temp(0); 
      return temp; 
}
 
/*******************************************************/
 
int main(){
 
      CExample A;
 
 
      /* 1. 对象以值传递的方式传入函数参数时，如何调用拷贝构造函数*/
//    glob_fun1(A);
      /*
           调用glob_fun1()时，会产生以下几个重要步骤：
           (1).A对象传入形参时，会先会产生一个临时变量，就叫C 吧。
           (2).然后调用拷贝构造函数把A的值给C。整个这两个步骤有点像：CExampleC(A);
           (3).等glob_fun1()执行完后, 析构掉C 对象。
      */
 
      /*2. 对象以值传递的方式从函数返回*/
//    glob_fun2();
      /*
           当g_Fun()函数执行到return时，会产生以下几个重要步骤：
           (1). 先会产生一个临时变量，就叫XXXX吧。
           (2). 然后调用拷贝构造函数把temp的值给XXXX。整个这两个步骤有点像：CExampleXXXX(temp);
           (3). 在函数执行到最后先析构temp局部变量。
           (4). 等g_Fun()执行完后再析构掉XXXX对象。
      */
 
      /* 3.根据另一个同类型的对象显式或隐式初始化一个对象。
           下面两句都会调用拷贝构造函数
      */
//    CExample B =A;  
//    CExampleB(A); 
      cout<<"mainfun finished."<<endl;
      return 0;
}

我们再看看这种情况：

CExample glob_fun3(CExample C)   
{   
	
    cout<<"inglob_fun1"<<endl;  
    CExample D(C);    
    CExample E = D;    
    return E;   
}

结果为：

分析结果我们可以看到：当在传入实参发生了复制（假设为C）， 在返回的时候就不会发生复制， 返回的的就是C了

※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：

class Rect
{
public:
    Rect()      // 构造函数，计数器加1
    {
        count++;
    }
    ~Rect()     // 析构函数，计数器减1
    {
        count--;
    }
    static int getCount()       // 返回计数器的值
    {
        return count;
    }
private:
    int width;
    int height;
    static int count;       // 一静态成员做为计数器
};

int Rect::count = 0;        // 初始化计数器

int main()
{
    Rect rect1;
    cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;

    Rect rect2(rect1);   // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象
     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;

    return 0;
}

　　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。

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，我们重新编写拷贝构造函数，如下：

class Rect  
{  
public:  
    Rect()      // 构造函数，计数器加1  
    {  
        count++;  
    }  
    Rect(const Rect& r)   // 拷贝构造函数  
    {  
        width = r.width;  
        height = r.height;  
        count++;          // 计数器加1  
    }  
    ~Rect()     // 析构函数，计数器减1  
    {  
        count--;  
    }  
    static int getCount()   // 返回计数器的值  
    {  
        return count;  
    }  
private:  
    int width;  
    int height;  
    static int count;       // 一静态成员做为计数器  
}; 

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，那么浅拷贝就会出问题了，让我们考虑如下一段代码：

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  
    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，这时 rect1.p= rect2.p，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”。

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如下的方式进行处理：

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  
}; 

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”。

 

※

※3. 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。

// 防止按值传递
class CExample 
{
private:
	int a;

public:
	//构造函数
	CExample(int b)
	{ 
		a = b;
		cout<<"creat: "<<a<<endl;
	}

private:
	//拷贝构造，只是声明
	CExample(const CExample& C);

public:
	~CExample()
	{
		cout<< "delete: "<<a<<endl;
	}

    void Show ()
	{
        cout<<a<<endl;
    }
};

//全局函数
void g_Fun(CExample C)
{
	cout<<"test"<<endl;
}

int main()
{
	CExample test(1);
	//g_Fun(test); 按值传递将出错
	
	return 0;
} 

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时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.

X::X(const X&);  //是拷贝构造函数    
X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数   
X::X(X&, int a=1, int b=2); //当然也是拷贝构造函数

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。

class X { 
public:       
  X(const X&);      // const 的拷贝构造
  X(X&);            // 非const的拷贝构造
};

注意,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.

class X {    
public:
  X();    
  X(X&);
};    

const X cx;    
X x = cx;    // error

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。