浅谈拷贝构造函数

拷贝构造函数，又称复制构造函数，是一种特殊的构造函数，它由编译器调用来完成一些基于同一类的其他对象的构建及初始化。其唯一的形参必须是引用，但并不限制为const，一般普遍的会加上const限制。此函数经常用在函数调用时用户定义类型的值传递及返回。拷贝构造函数要调用基类的拷贝构造函数和成员函数。如果可以的话，它将用常量方式调用，另外，也可以用非常量方式调用。

调用拷贝构造函数的情形

在C++中，下面三种对象需要调用拷贝构造函数（有时也称“复制构造函数”）：
1) 一个对象作为函数参数，以值传递的方式传入函数体；
2) 一个对象作为函数返回值，以值传递的方式从函数返回；
3) 一个对象用于给另外一个对象进行初始化（常称为赋值初始化）；
如果在前两种情况不使用拷贝构造函数的时候，就会导致一个指针指向已经被删除的内存空间。对于第三种情况来说，初始化和赋值的不同含义是拷贝构造函数调用的原因。事实上，拷贝构造函数是由普通构造函数和赋值操作符共同实现的。描述拷贝构造函数和赋值运算符的异同的参考资料有很多。
通常的原则是：①对于凡是包含动态分配成员或包含指针成员的类都应该提供拷贝构造函数；②在提供拷贝构造函数的同时，还应该考虑重载”=”赋值操作符号。原因详见后文。
拷贝构造函数必须以引用的形式传递(参数为引用值)。其原因如下：当一个对象以传递值的方式传一个函数的时候，拷贝构造函数自动的被调用来生成函数中的对象。如果一个对象是被传入自己的拷贝构造函数，它的拷贝构造函数将会被调用来拷贝这个对象这样复制才可以传入它自己的拷贝构造函数，这会导致无限循环直至栈溢出（Stack Overflow）。除了当对象传入函数的时候被隐式调用以外，拷贝构造函数在对象被函数返回的时候也同样的被调用。

简单的解释，为什么需要拷贝构造函数
对一个简单变量的初始化方法是用一个常量或变量初始化另一个变量，例如：
　　int m = 80；
　　int n = m；
　　我们已经会用构造函数初始化对象，那么我们能不能象简单变量的初始化一样，直接用一个对象来初始化另一个对象呢？答案是肯定的。我们以前面定义的Point类为例：
　　Point pt1(15, 25);
　　Point pt2 = pt1;
后一个语句也可以写成：
　　Point pt2( pt1);
它是用pt1初始化pt2，此时，pt2各个成员的值与pt1各个成员的值相同，也就是说，pt1各个成员的值被复制到pt2相应的成员当中。在这个初始化过程当中，实际上调用了一个复制构造函数。当我们没有显式定义一个复制构造函数时，编译器会隐式定义一个缺省的复制构造函数，它是一个内联的、公有的成员，它具有下面的原型形式：
　　Point:: Point (const Point &);
可见，复制构造函数与构造函数的不同之处在于形参，前者的形参是Point对象的引用，其功能是将一个对象的每一个成员复制到另一个对象对应的成员当中。
　　虽然没有必要，我们也可以为Point类显式定义一个复制构造函数：

　　Point:: Point (const Point &pt)
　　{
　　　xVal=pt. xVal;
　　　yVal=pt. yVal;
　　}  

　　如果一个类中有指针成员，使用缺省的复制构造函数初始化对象就会出现问题。为了说明存在的问题，我们假定对象A与对象B是相同的类，有一个指针成员，指向对象C。当用对象B初始化对象A时，缺省的复制构造函数将B中每一个成员的值复制到A的对应的成员当中，但并没有复制对象C。也就是说，对象A和对象B中的指针成员均指向对象C

1. 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

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，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  
};  

这里就不存在 内存空间释放两次。
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。