C++拷贝控制1

哀家爆

已于 2022-11-20 18:18:58 修改

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分类专栏： C++ 文章标签： c++ 开发语言算法

于 2022-11-02 19:56:26 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/niaxiapia/article/details/127657753

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C++中类的基本操作主要包括：

拷贝构造函数
拷贝赋值运算符
移动构造函数
移动赋值运算符
析构函数

文章目录

1. 拷贝构造函数

1.1 定义

若我们没有定义，则编译器会为我们默认创建一个拷贝构造函数，实现的是浅拷贝。
浅拷贝默认会这样来实现：

对类类型的成员，会适用其拷贝构造函数来拷贝；
内置类型的成员则直接拷贝；
数组，取决于数组元素的类型，采用方式1或者方式2来进行拷贝。

class Point
{
public:
    // 默认构造函数
    Point() :m_x(0), m_y(0), m_z(0)
    {
        std::cout << "Point默认构造" << std::endl;
    }
    // 拷贝构造函数
    Point(const Point& other) :m_x(other.m_x), m_y(other.m_y), m_z(other.m_z)
    {
        std::cout << "Point拷贝构造" << std::endl;
    }
private:
    unsigned int m_x;
    unsigned int m_y;
    unsigned int m_z;
};

1.2 调用时机

拷贝构造函数被调用可能发生在以下几种情况：

用=来定义变量时；

Point p1;//调用默认构造函数
Point p2 = p1;//调用拷贝构造函数

将一个对象作为实参传递给一个非引用类型的形参

void Test(Point point)
{
//即使什么都不做，也会调用一次Point的拷贝构造函数
}

从一个返回类型为非引用类型的函数返回一个对象

Point Test()
{
    Point point;
    return point;//调用拷贝构造函数
}

用花括号列表初始化一个数组中的元素或一个聚合类中的成员

std::vector<Point> points{ Point(1, 2, 3) };//有参构造和拷贝构造

1.3 什么时候需要定义自己的拷贝构造函数

如果一个类中的成员变量没有指针，那么默认的拷贝构造函数就可以了（即使是浅拷贝）。
我们来看下面的例子：

class Line
{
public:
    // 有参构造函数
    Line(const Point& startPoint, const Point& endPoint)
        :m_startPoint(new Point(startPoint)), m_endPoint(new Point(endPoint))
    {
        std::cout << "Line有参构造" << std::endl;
    }
    ~Line()
    {
        delete m_startPoint;
        delete m_endPoint;
    }
private:
    Point* m_startPoint;
    Point* m_endPoint;
};

int main()
{
    Point p0;
    Point p1;
    Line line1(p0, p1);
    Line line2 = line1;
}

程序结束的时候，line1和line2都会自动被销毁，这个时候就会抛出异常，因为两者的成员变量m_startPoint其实指向了同一块内存，所以在被delete第二次时候当然抛出异常，m_endPoint也是如此。这个时候我们就需要深拷贝，也就需要实现自己的拷贝构造函数了：

class Line
{
public:
    // 有参构造函数
    Line(const Point& startPoint, const Point& endPoint)
        :m_startPoint(new Point(startPoint)), m_endPoint(new Point(endPoint))
    {
        std::cout << "Line有参构造" << std::endl;
    }
    // 拷贝构造函数
    Line(const Line& other)
        :m_startPoint(new Point(*other.m_startPoint)),
        m_endPoint(new Point(*other.m_endPoint))
    {
        std::cout << "Line拷贝构造" << std::endl;
    }
    ~Line()
    {
        delete m_startPoint;
        delete m_endPoint;
    }
private:
    Point* m_startPoint;
    Point* m_endPoint;
};

其实所做的无非就是对于指针类型的成员变量，在拷贝的时候，需要重新申请一块内存，而不是像浅拷贝那样多个对象最后指向了同一块内存。

2. 拷贝赋值运算符

2.1 定义

与拷贝构造函数一样，如果类未定义自己的拷贝构造赋值运算符，编译器会默认创建一个。
小区分：

Point p1;
Point p2 = p1;
Point p3;
p3 = p2;

第二行并没有调用拷贝赋值运算符，而是一个拷贝初始化，所以这一行调用的是拷贝构造函数；
p3已经在第三行完成了初始化（调用了默认构造函数），在第四行调用了拷贝赋值运算符。

class Point
{
public:
    // 默认构造函数
    Point() :m_x(0), m_y(0), m_z(0)
    {
        std::cout << "Point默认构造" << std::endl;
    }
    // 拷贝构造函数
    Point(const Point& other) :m_x(other.m_x), m_y(other.m_y), m_z(other.m_z)
    {
        std::cout << "Point拷贝构造" << std::endl;
    }
	// 拷贝赋值运算符重载
    Point& operator=(const Point& other)
    {
        std::cout << "Point拷贝赋值运算符" << std::endl;
        m_x = other.m_x;
        m_y = other.m_y;
        m_z = other.m_z;
        return *this;
    }
private:
    unsigned int m_x;
    unsigned int m_y;
    unsigned int m_z;
};

注意：赋值运算符重载中，最后返回的是一个此对象的引用return * this;

2.2 何时需要定义自己的拷贝赋值运算符

赋值运算符通常组合了析构函数和构造函数的操作。类似析构函数，赋值操作会销毁左侧运算对象的资源；类似拷贝构造函数，赋值操作会从右侧运算对象拷贝数据。
同样的，如果类的成员变量中没有指针，默认的拷贝赋值运算符即可满足要求。
还是上面的例子重写一遍：

class Line
{
public:
    // 有参构造函数
    Line(const Point& startPoint, const Point& endPoint)
        :m_startPoint(new Point(startPoint)), m_endPoint(new Point(endPoint))
    {
        std::cout << "Line有参构造" << std::endl;
    }
    // 拷贝构造函数
    Line(const Line& other)
        :m_startPoint(new Point(*other.m_startPoint)),
        m_endPoint(new Point(*other.m_endPoint))
    {
        std::cout << "Line拷贝构造" << std::endl;
    }
    ~Line()
    {
        delete m_startPoint;
        delete m_endPoint;
    }
private:
    Point* m_startPoint;
    Point* m_endPoint;
};

int main()
{
    Point p0;
    Point p1;
    Line line1(p0, p1);
    Line line2(p0, p1);
    line2 = line1;
}

最后一行调用默认的拷贝赋值运算符（浅拷贝），程序结束析构line1和line2的时候，导致m_startPoint和m_endPoint都被delete两次，然后抛异常。

class Line
{
public:
    // 有参构造函数
    Line(const Point& startPoint, const Point& endPoint)
        :m_startPoint(new Point(startPoint)), m_endPoint(new Point(endPoint))
    {
        std::cout << "Line有参构造" << std::endl;
    }
    // 拷贝构造函数
    Line(const Line& other)
        :m_startPoint(new Point(*other.m_startPoint)),
        m_endPoint(new Point(*other.m_endPoint))
    {
        std::cout << "Line拷贝构造" << std::endl;
    }
    // 拷贝赋值运算符重载
    Line& operator=(const Line& other)
    {
        Point* newStart = new Point(*other.m_startPoint);
        Point* newEnd = new Point(*other.m_endPoint);

        delete m_startPoint;//删除旧内存(不可以先delete再new，防止other和*this是同一个对象)
        delete m_endPoint;

        m_startPoint = newStart;//从右侧运算符拷贝数据到本对象
        m_endPoint = newEnd;

        return *this;//返回本对象
    }
    ~Line()
    {
        delete m_startPoint;
        delete m_endPoint;
    }
private:
    Point* m_startPoint;
    Point* m_endPoint;
};

可以看出，拷贝赋值运算符重载考虑的其实比拷贝构造函数更多。

大多数赋值运算符组合了析构函数和拷贝构造函数的工作。

3. 析构函数

3.1 定义

析构函数的作用与构造函数刚好相反，构造函数初始化对象的非static数据成员；析构函数释放对象使用的资源，并销毁对象的非static数据成员。

class Point
{
public:
    ~Point();//析构函数
}

成员销毁时发生什么完全依赖于成员的类型：

销毁类类型的成员需要执行成员自己的析构函数
内置类型没有析构函数，无需执行操作

3.2 调用时机

当一个对象被销毁，就会自动调用析构函数：

变量在离开其作用域时被销毁；

{
    Point p1;
}

当一个对象被销毁时，其成员被销毁；
容器（无论是标准库容器还是数组）被销毁时，其元素被销毁；

Point p1;
Point p2;
{
    std::vector<Point> points;
    points.reserve(2);
    points.push_back(p1);//拷贝构造
    points.push_back(p2);//拷贝构造
}
//离开大括号作用域后，points对象被销毁，points容器内的p1'和p2'（不是p1和p2）也被销毁

对于动态分配的对象，当对指向它的指针应用delete运算符时被销毁；

Point* p1 = new Point();
delete p1;

对于临时对象，当创建它的完整表达式结束时被销毁；

std::vector<Point> points{ Point(1, 2, 3) };

这里的Point(1, 2, 3)就是一个临时变量，被塞入points之后，创建它的表达式就结束了，该临时变量会被销毁。

4. 移动构造函数

4.1 定义

移动针对的都是右值，拷贝的是左值。

class Point
{
public:
 	...
    // 移动构造函数
    Point(Point&& other) :m_x(other.m_x), m_y(other.m_y), m_z(other.m_z)
    {
        std::cout << "Point移动构造" << std::endl;
    }
    // 移动赋值运算符
    Point& operator=(Point&& other)
    {
        std::cout << "Point移动赋值运算符" << std::endl;
        m_x = other.m_x;
        m_y = other.m_y;
        m_z = other.m_z;
        return *this;
    }
    ...
};

4.2 合成的移动操作

只有当一个类没有定义任何自己版本的拷贝控制成员，且它的所有数据成员都能移动构造或移动赋值时，编译器才会为它合成移动构造函数或移动赋值运算符。
所有内置类型的成员，都可以移动。

struct X
{
    int i;
    std::string s;
};

struct hasX
{
    X mem;
};

X x1;
X x2 = std::move(x1);//会使用默认的移动构造函数来初始化x2
hasX h1;
hasX h2 = std::move(h2);//会使用默认的移动构造函数来初始化h2

class Foo
{
public:
    Foo() = default;
    Foo(const Foo&);
};

Foo x;
Foo y(x);//调用拷贝构造函数，x是一个左值
Foo z(std::move(x));//调用拷贝构造函数，因为定义了拷贝构造，所有不会有默认的移动构造。
//如果定义了移动构造，那么这里就会调用移动构造

4.3 右值引用和成员函数

如果一个成员函数同时提供拷贝和移动版本，它也能从中受益。
和拷贝/移动构造的参数一样，会有2个版本：

const Foo&(拷贝)
Foo&&(移动)
例如，定义了push_back的标准库容器提供2个版本：一个版本有一个右值引用参数，而另一个版本有一个const左值引用：

void push_back(const T&);// 拷贝
void push_back(T&&);// 移动

4.4 调用时机

若定义了移动构造，则当参数为右值引用时（比如std::move，就是为了得到一个右值引用）