关于复制构造函数与赋值操作符，以及临时对象绑定

九江在天

于 2025-01-16 15:52:58 发布

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文章标签：语法练习

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在C++中，表达式 MyClass obj3 = MyClass(20); 实际上涉及到了复制构造函数（copy constructor）和复制初始化（copy initialization），而不是赋值运算符。尽管它看起来可能像是一个赋值操作，但实际上这里发生的是对象的构造和初始化。

让我们详细分析一下这个表达式：

MyClass(20) 首先调用 MyClass 的构造函数，传入参数 20 来创建一个临时对象。这个临时对象在表达式结束时通常会被销毁（除非它被以某种方式延长了生命周期，比如被绑定到一个常量引用上，但在这个例子中并没有发生）。

然后，这个临时对象被用来初始化 obj3。由于 obj3 是一个新创建的对象，它的初始化是通过复制构造函数完成的。复制构造函数的参数是一个对 MyClass 类型的常量引用，它在这里被绑定到了临时对象上。

复制构造函数执行后，obj3 拥有了与临时对象相同的值（在这个例子中是 value_ 成员变量的值），而临时对象随后被销毁。

现在，关于这与赋值运算符的区别：

赋值运算符（=）用于已经存在的对象。它将右侧表达式的值赋给左侧已经构造好的对象。例如，MyClass obj1(10); MyClass obj2; obj2 = obj1; 在这里，obj2 首先被默认构造，然后通过赋值运算符被赋予 obj1 的值。

复制初始化（如 MyClass obj3 = MyClass(20);）则用于新对象的构造。它直接使用右侧表达式的值来构造左侧的对象。在这个过程中，复制构造函数被调用。

尽管在某些情况下，复制初始化和赋值可能看起来有相似的效果（比如都是将一个对象的状态复制到另一个对象），但它们发生的上下文和时机是不同的。复制初始化发生在对象构造时，而赋值则发生在对象已经存在之后。

另外，值得注意的是，从C++11开始，编译器可能会优化掉不必要的临时对象和复制操作，这被称为复制省略（copy elision）或返回值优化（RVO）。在上面的例子中，如果编译器能够确定临时对象不会被其他任何地方使用，它可能会直接构造 obj3 而不需要创建一个临时的 MyClass(20) 对象。然而，即使发生了这种优化，从语义上讲，表达式仍然被视为复制初始化。

当然，我们可以继续通过一些具体的编程示例来说明临时对象绑定（temporary object binding）的概念。在C++中，临时对象绑定通常涉及到右值引用（rvalue references）和移动语义（move semantics）。以下是一些进一步的例子：
例子1：函数参数中的临时对象绑定

假设我们有一个简单的类MyClass，它有一个接受右值引用的构造函数和一个接受右值引用的成员函数。

cpp

#include
#include // for std::move

class MyClass {
public:
MyClass() { std::cout << “Default constructor\n”; }
MyClass(const MyClass&) { std::cout << “Copy constructor\n”; }
MyClass(MyClass&&) noexcept { std::cout << “Move constructor\n”; }
MyClass& operator=(const MyClass&) { std::cout << “Copy assignment\n”; return *this; }
MyClass& operator=(MyClass&&) noexcept { std::cout << “Move assignment\n”; return *this; }
~MyClass() { std::cout << “Destructor\n”; }

void doSomething(MyClass&& other) {
    std::cout << "doSomething with rvalue reference\n";
    // 这里可以对other进行操作，它是通过右值引用传递的临时对象
}

};

int main() {
MyClass obj1;
MyClass obj2 = std::move(obj1); // 使用移动语义

MyClass().doSomething(std::move(obj2));  // 临时对象绑定到doSomething的参数

return 0;

}

在这个例子中，MyClass().doSomething(std::move(obj2));创建了一个MyClass的临时对象，并将其绑定到doSomething函数的右值引用参数other上。注意，这里还使用了std::move来显式地将obj2转换为右值引用，以便利用移动语义。
例子2：返回临时对象的函数

考虑一个函数返回一个类的实例，这个函数可能会创建一个临时对象并返回它。

cpp

#include
#include // for std::move

MyClass createMyClass() {
return MyClass(); // 返回临时对象
}

int main() {
MyClass obj = createMyClass(); // 这里会发生复制或移动
return 0;

}

在这个例子中，createMyClass函数创建并返回一个MyClass的临时对象。在C++11及更高版本中，编译器通常会优化这种返回临时对象的情况，使用所谓的“返回值优化”（Return Value Optimization, RVO）或“移动语义”来避免不必要的复制。不过，即使没有优化，临时对象也会通过复制或移动构造绑定到obj上。
例子3：使用std::pair和std::make_pair

std::pair是标准库中的一个模板类，用于存储一对值。std::make_pair是一个函数模板，用于创建并返回一个std::pair对象。

cpp

#include
#include // for std::pair, std::make_pair

int main() {
auto p = std::make_pair(1, 2.5); // 创建一个临时std::pair对象并绑定到p
std::cout << "Pair: " << p.first << ", " << p.second << ‘\n’;

// 注意：在C++11及更高版本中，auto关键字可以自动推导类型
// 这里p的类型是std::pair<int, double>

return 0;

}

在这个例子中，std::make_pair(1, 2.5)创建了一个std::pair<int, double>的临时对象，并将其绑定到变量p上。这里同样利用了移动语义或复制构造函数来避免性能损失。

这些例子展示了临时对象在不同上下文中的绑定和使用，特别是在涉及到右值引用和移动语义的现代C++编程中。