C++ 拷贝构造函数、移动构造函数以及用法

在C++中，拷贝构造函数和移动构造函数都是构造函数的特殊形式，用于创建类对象的副本或转移对象的资源。这两者的用法和目的不同，各有其使用场景。

1. 拷贝构造函数

拷贝构造函数用于创建一个对象的副本，复制对象的成员数据。

语法

class MyClass {
public:
    MyClass(const MyClass& other); // 拷贝构造函数的声明
};

默认拷贝构造函数

如果类没有显式定义拷贝构造函数，编译器会自动生成一个默认的拷贝构造函数。默认的拷贝构造函数会逐个复制对象的每个成员，称为“浅拷贝”。

自定义拷贝构造函数

在某些情况下，如类中有指针成员或需要深拷贝时，需要自定义拷贝构造函数：

class MyClass {
    int* data;
public:
    MyClass(int val) : data(new int(val)) {}

    // 自定义拷贝构造函数，执行深拷贝
    MyClass(const MyClass& other) {
        data = new int(*other.data); // 分配新内存并复制值
    }

    ~MyClass() {
        delete data;
    }
};

使用场景

当一个对象需要被复制时，会调用拷贝构造函数，例如：

• 对象传递到函数时按值传递
• 对象从函数返回时按值返回
• 用一个对象初始化另一个对象时

MyClass obj1(5);
MyClass obj2 = obj1; // 调用拷贝构造函数

2. 移动构造函数

移动构造函数在C++11中引入，用于高效地“移动”对象的资源，而不是复制。它避免了不必要的资源分配和数据复制，特别适合处理临时对象或大数据对象。

语法

class MyClass {
public:
    MyClass(MyClass&& other); // 移动构造函数的声明
};

默认移动构造函数

如果类没有定义移动构造函数，编译器会在可能的情况下自动生成默认的移动构造函数。默认移动构造函数执行成员的“移动”，通常是浅移动（将指针或资源的所有权转移）。

自定义移动构造函数

如果类中有动态分配的资源（如指针），可能需要自定义移动构造函数，以避免重复释放资源。

class MyClass {
    int* data;
public:
    MyClass(int val) : data(new int(val)) {}

    // 自定义移动构造函数
    MyClass(MyClass&& other) noexcept {
        data = other.data;   // 转移资源的所有权
        other.data = nullptr; // 避免原对象释放资源
    }

    ~MyClass() {
        delete data;
    }
};

使用场景

移动构造函数在以下场景下会被调用：

• 将一个临时对象赋给另一个对象时
• 通过 std::move 将一个对象显式地转换为右值引用
• 从函数返回一个对象时

MyClass obj1(5);
MyClass obj2 = std::move(obj1); // 调用移动构造函数

3. 区别与用法

拷贝构造 vs 移动构造

• 拷贝构造会深度复制对象的所有成员变量，适用于要创建对象副本的场景。
• 移动构造会将资源从一个对象转移到另一个对象，而不是复制，避免了深拷贝的性能开销。

拷贝构造的典型场景：

• 当你需要保留源对象并同时创建一个新对象时，例如函数按值传递、按值返回。
• 适用于类中成员变量不涉及资源管理（如指针、动态内存）时。

移动构造的典型场景：

• 处理临时对象时，临时对象只需短期使用，然后资源可以转移。
• 用于大数据对象的转移操作（如容器、文件句柄等），避免不必要的资源分配。

举例

拷贝构造函数：

MyClass obj1(10);  // 普通构造
MyClass obj2(obj1); // 拷贝构造，obj2 是 obj1 的副本

移动构造函数：

MyClass obj1(10); 
MyClass obj2(std::move(obj1)); // 移动构造，obj2 拥有 obj1 的资源，obj1 被置为空

4. 拷贝/移动构造函数的选择顺序

编译器会根据以下优先级选择构造函数：

1. 如果能移动，编译器优先使用移动构造函数。
2. 如果不能移动（如对象为const或没有移动构造函数），则使用拷贝构造函数。

5. 总结

• 拷贝构造函数用于创建对象的副本，通常涉及深拷贝的情形。
• 移动构造函数则用于转移资源，避免了不必要的深拷贝，提高了性能。
• 在资源管理类中，通常需要同时定义拷贝构造函数、移动构造函数，以及相应的析构函数来确保资源的正确管理