C++本质：类的赋值运算符=的重载，以及深拷贝和浅拷贝

C++本质：类的赋值运算符=的重载，以及深拷贝和浅拷贝

关键词：构造函数，浅拷贝，深拷贝，堆栈(stack)，堆heap，赋值运算符
摘要:
    在面向对象程序设计中，对象间的相互拷贝和赋值是经常进行的操作。
    如果对象在申明的同时马上进行的初始化操作，则称之为拷贝运算 。例如：
        class1 A("af"); class1 B=A;
     此时其实际调用的是B(A)这样的浅拷贝操作。
    如果对象在申明之后，在进行的赋值运算，我们称之为赋值运算 。例如：
        class1 A("af"); class1 B;
        B=A;
        此时实际调用的类的缺省赋值函数B.operator=(A);
        不管是浅拷贝还是赋值运算，其都有缺省的定义。也就是说，即使我们不overload这两种operation,仍然可以运行。
那么，我们到底需不需要overload这两种operation 呢？
        答案就是：一般，我们我们需要手动编写析构函数的类，都需要overload 拷贝函数和赋值运算符。

        
 下面介绍类的赋值运算符
1.C++中对象的内存分配方式
        在C++中，对象的实例在编译的时候，就需要为其分配内存大小，因此，系统都是在stack上为其分配内存的。这一点和C#完全不同！千 万记住：在C#中，所有类都是reference type,要创建类的实体，必须通过new在heap上为其分配空间，同时返回在stack上指向其地址的reference.
        因此，在C++中，只要申明该实例，在程序编译后，就要为其分配相应的内存空间，至于实体内的各个域的值，就由其构造函数决定了。
    例如：
    

class  A
{
public :
    A()
     {
    }
    A( int  id, char   * t_name)
     {
    _id = id;
    name = new   char [strlen(t_name) + 1 ];
    strcpy(name,t_name);
    }
    private:
        char *username;
        int _id;
}

int  main()
{
A a( 1 , " herengang " );
A b;
}

在程序编译之后，a和b在stack上都被分配相应的内存大小。只不过对象a的域都被初始化，而b则都为随机值。
其内存分配如下：


2. 缺省情况下的赋值运算符
    如果我们执行以下：
    b=a;
        则其执行的是缺省定义的缺省的赋值运算。所谓缺省的赋值运算，是指对象中的所有位于stack中的域，进行相应的复制。但是，如果对象有位于heap上的域的话，其不会为拷贝对象分配heap上的空间，而只是指向相同的heap上的同一个地址。
        执行b=a这样的缺省的赋值运算后，其内存分配如下：

        因此，对于缺省的赋值运算，如果对象域内没有heap上的空间，其不会产生任何问题。但是，如果对象域内需要申请heap上的空间，那么在析构对象的时候，就会连续两次释放heap上的同一块内存区域，从而导致异常。

     ~ A()
     {        
        delete name;
    }

3.解决办法--重载（overload)赋值运算符
        因此，对于对象的域在heap上分配内存的情况，我们必须重载赋值运算符。当对象间进行拷贝的时候，我们必须让不同对象的成员域指向其不同的heap地址--如果成员域属于heap的话。    
因此，重载赋值运算符后的代码如下：

class  A
{
public :

    A()
     {
    }
    A( int  id, char   * t_name)
     {
        _id = id;
        name = new   char [strlen(t_name) + 1 ];
        strcpy(name,t_name);
    }
    
    A &   operator   = (A &  a)
//注意：此处一定要返回对象的引用，否则返回后其值立即消失！
     {
            if(name!=NULL)
                delete name;
         this -> _id = a._id;
         int  len = strlen(a.name);
        name = new   char [len + 1 ];
        strcpy(name,a.name);
         return   * this ;
    }

     ~ A()
     {
        cout << " ~destructor " << endl;
        delete name;
    }

     int  _id;
     char   * name;
} ;

int main()
{
 A a(1,"herengang");
 A b;
 b=a;
}

其内存分配如下：

这样，在对象a,b退出相应的作用域，其调用相应的析构函数，然后释放分别属于不同heap空间的内存，程序正常结束。


references:
类的深拷贝函数的重载
    public class A
{
    public:
        ...
        A(A &a);//重载拷贝函数
        A& operator=(A &b);//重载赋值函数
        //或者 我们也可以这样重载赋值运算符 void operator=(A &a); 即不返回任何值。如果这样的话，他将不支持客户代买中的链式赋值 ，例如a=b=c will be prohibited!
    private:
        int _id;
        char *username;
}

A::A(A &a)
{
    _id=a._id;
    username=new char[strlen(a.username)+1];
    if(username!=NULL)
        strcpy(username,a.usernam);
}

A& A::operaton=(A &a)
{
        if(this==&a)//  问：什么需要判断这个条件？（不是必须，只是优化而已）。答案：提示：考虑a=a这样的操作。
            return *this;
        if(username!=NULL)
            delete username;
        _id=a._id;
        username=new char[strlen(a.username)+1];
        if(username!=NULL)
            strcpy(username,a.usernam);
        return *this;    
}
//另外一种写法：
void A::operation=(A &a)
{
        if(username!=NULL)
            delete username;
        _id=a._id;
        username=new char[strlen(a.username)+1];
        if(username!=NULL)
            strcpy(username,a.usernam);
}

其实，从上可以看出，赋值运算符和拷贝函数很相似。只不过赋值函数最好有返回值（进行链式赋值），返回也最好是对象的引用（为什么不是对象本身呢？note2有讲解）， 而拷贝函数不需要返回任何 。同时，赋值函数首先要释放掉对象自身的堆空间（如果需要的话），然后进行其他的operation.而拷贝函数不需要如此，因为对象此时还没有分配堆空间。

note1:
    不要按值向函数传递对象。如果对象有内部指针指向动态分配的堆内存，丝毫不要考虑把对象按值传递给函数，要按引用传递。并记住：若函数不能改变参数对象的状态和目标对象的状态，则要使用const修饰符

note2:问题：
    对于类的成员需要动态申请堆空间的类的对象，大家都知道，我们都最好要overload其赋值函数和拷贝函数。拷贝构造函数是没有任何返回类型 的，这点毋庸置疑。 而赋值函数可以返回多种类型，例如以上讲的void,类本身class1，以及类的引用 class &? 问，这几种赋值函数的返回各有什么异同？
    答：1 如果赋值函数返回的是void ，我们知道，其唯一一点需要注意的是，其不支持链式赋值运算，即a=b=c这样是不允许的！
          2 对于返回的是类对象本身，还是类对象的引用，其有着本质的区别！
              第一：如果其返回的是 类对象本身 。
   A   operator   = (A &  a)
     {
            if(name!=NULL)
                delete name;
         this -> _id = a._id;
         int  len = strlen(a.name);
       name = new   char [len + 1 ];
        strcpy(name,a.name);
         return   * this ;
    }
          其过程是这样的：
                       class1 A("herengnag");
                        class1 B;   
                        B=A;
                    看似简单的赋值操作，其所有的过程如下：
                       1 释放对象原来的堆资源
                       2 重新申请堆空间
                       3 拷贝源的值到对象的堆空间的值
                        4 创建临时对象（调用临时对象拷贝构造函数 ），将临时对象返回
                        5. 临时对象结束，调用临时对象析构函数，释放临时对象堆内存
my god,还真复杂！！
            但是，在这些步骤里面，如果第4步，我们没有overload 拷贝函数，也就是没有进行深拷贝。那么在进行第5步释放临时对象的heap 空间时，将释放掉的是和目标对象同一块的heap空间。这样当目标对象B作用域结束调用析构函数时，就会产生错误！！
             因此，如果赋值运算符返回的是类对象本身，那么一定要overload 类的拷贝函数（进行深拷贝）！
            第二：如果赋值运算符返回的是对象的引用，
   A&  operator   = (A &  a)
     {
            if(name!=NULL)
                delete name;
         this -> _id = a._id;
         int  len = strlen(a.name);
       name = new   char [len + 1 ];
        strcpy(name,a.name);
         return   * this ;
    }
        那么其过程如下：
                   1 释放掉原来对象所占有的堆空间
                   1.申请一块新的堆内存
                   2 将源对象的堆内存的值copy给新的堆内存
                   3 返回源对象的引用
                    4 结束。
    因此，如果赋值运算符返回的是对象引用，那么其不会调用类的拷贝构造函数，这是问题的关键所在！！
 
完整代码如下：

//  virtual.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include  " stdafx.h "
#include  " string.h "
#include  " stdlib.h "
#include  " assert.h "

class  complex
{
public :
         int  real;
         int  virt;
public :
    complex() {real = virt = 0 ;}
    complex( int  treal, int  tvirt) {real = treal;virt = tvirt;}
    complex  operator + ( const  complex  & x)
     {
        real += x.real;
        virt += x.virt;
         return   * this ;
    }
    complex  operator = ( const  complex  & x)
     {
         return  complex(x.real,x.virt);
    }
} ;


class  A
{
public :
    A() {m_username = NULL;printf( " null constructor " );}
    A( char   * username)
     {
         int  len;
        len = strlen(username);
        m_username = new   char [len + 1 ]; // (char*)malloc(sizeof(len+1));
        strcpy(m_username,username);
        printf( " /nUsername is %s/n " ,m_username);
    }
    
    A(A  & a);
    A  operator = (A  & b);
     int  test( const   int   & x)
     {
         return  x;
    }

     virtual   ~ A()
     {
     //     if(m_username)
         {
        delete m_username;
        printf( " /nA is destructed/n " );
        }
    }



protected :
     char   * m_username;

} ;



A::A(A  & a)
{

     int  len = strlen(a.m_username);
     this -> m_username = new   char [len + 2 ];
    strcpy(m_username,a.m_username);
    strcat(m_username, " f " );
    printf( " /ndeep copy function " );
}


A A:: operator = (A  & b)
{
     if (m_username)
        delete m_username;

     int  len = strlen(b.m_username);
     this -> m_username = new   char [len + 1 ];
    strcpy(m_username,b.m_username);
//     printf("copied successfully!");
      return   * this ;
}

 

class  B: public  A
{
public :
    B( char   * username, char   * password):A(username)
     {
         int  len = strlen(password) + 1 ;
        m_password = new   char [len]; // (char *)malloc(sizeof(len));
        strcpy(m_password,password);
        printf( " username:%s,password:%s/n " ,m_username,m_password);
    }
     ~ B()
     {
        delete m_password;
        printf( " B is destructed/n " );
    }
protected :
     char   * m_password;
} ;

int  main( int  argc,  char *  argv[])
{
//     B b("herengang","982135");
//     A *a=&b;
//     delete a;
    A a( " haha " );
    A b;

    printf( " /nbegin to invoke copy function " );
    b = a;

//     printf("%d",b.test(2));
     // complex x(1,3),y(1,4);
     // x=(x+y);
     // printf("%d,%d",x.real,x.virt);
     return   0 ;


}

1 重载赋值运算符返回结果为类对象的运行结果

明显， 运算符最后调用了拷贝构造函数

2 重载赋值运算符返回结果为类对象引用的运行结果

很明显，没有调用拷贝构造函数