C++修煉之拷貝構(gòu)造函數(shù)

更新時(shí)間：2023年04月03日 08:41:48 作者：花想云

這篇文章主要內(nèi)容是6個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)之一的拷貝構(gòu)造函數(shù)的認(rèn)識(shí)與學(xué)習(xí)，讓同學(xué)們充分理解淺拷貝與深拷貝，感興趣的小伙伴可以參考閱讀

??文章導(dǎo)讀

本章主要內(nèi)容為6個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)之一的拷貝構(gòu)造函數(shù)的認(rèn)識(shí)與學(xué)習(xí)，充分理解淺拷貝與深拷貝。

??拷貝構(gòu)造函數(shù)的概念

還記得上一章中提到的6個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)嗎？當(dāng)我們定義好一個(gè)類，不做任何處理時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)生成以下6個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)：

默認(rèn)成員函數(shù)：如果用戶沒(méi)有手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，則編譯器會(huì)自動(dòng)生成的成員函數(shù)。

同樣，拷貝構(gòu)造函數(shù)也屬于6個(gè)默認(rèn)成員函數(shù)，而且拷貝構(gòu)造函數(shù)是構(gòu)造函數(shù)的一種重載形式。

拷貝構(gòu)造函數(shù)的功能就如同它的名字——拷貝。我們可以用一個(gè)已存在的對(duì)象來(lái)創(chuàng)建一個(gè)與已存在對(duì)象一模一樣的新的對(duì)象。

??舉例??

class Date
{
public:
    //構(gòu)造函數(shù)
    Date()
    {
        cout << "Date()" << endl;
    }
    //拷貝構(gòu)造函數(shù)
    Date(const Date& d)
    {
        cout << "Date()" << endl;
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
    }
    //析構(gòu)函數(shù)
    ~Date()
    {
        cout << "~Date()" << endl;
    }
private:
    int _year = 0;
    int _month = 0;
    int _day = 0;
};

void TestDate()
{
    Date d1;
    //調(diào)用拷貝構(gòu)造創(chuàng)建對(duì)象
    Date d2(d1);
}

??拷貝構(gòu)造函數(shù)的特性

拷貝構(gòu)造函數(shù)作為特殊的成員函數(shù)同樣也有異于常人的特性：

拷貝構(gòu)造函數(shù)是構(gòu)造函數(shù)的重載；
拷貝構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)只有一個(gè)且必須是類類型對(duì)象的引用。若使用傳值的方式，則編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)槔碚撋线@會(huì)引發(fā)無(wú)窮遞歸。

??錯(cuò)誤示例??

class Date
{
public:
    //錯(cuò)誤示例
    //如果這樣寫，編譯器就會(huì)直接報(bào)錯(cuò)，但我們現(xiàn)在假設(shè)如果編譯器不會(huì)檢查，
    //這樣的程序執(zhí)行起來(lái)會(huì)發(fā)生什么
    Date(const Date d)
    {
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
    }
private:
    int _year = 0;
    int _month = 0;
    int _day = 0;
};
void TestDate()
{
    Date d1;
    //調(diào)用拷貝構(gòu)造創(chuàng)建對(duì)象
    Date d2(d1);
}

當(dāng)拷貝構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)采用傳值的方式時(shí)，創(chuàng)建對(duì)象d2，會(huì)調(diào)用它的拷貝構(gòu)造函數(shù)，d1會(huì)作為實(shí)參傳遞給形參d。不巧的是，實(shí)參傳遞給形參本身又是一個(gè)拷貝，會(huì)再次調(diào)用形參的拷貝構(gòu)造函數(shù)…如此便會(huì)引發(fā)無(wú)窮的遞歸。

若未顯式定義，編譯器會(huì)生成默認(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)。默認(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)對(duì)象按內(nèi)存存儲(chǔ)按字節(jié)序完成拷貝，這種拷貝叫做淺拷貝或者值拷貝；

??舉例??

class Date
{
public:
    //構(gòu)造函數(shù)
    Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
    {
        //cout << "Date()" << endl;
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
    //未顯式定義拷貝構(gòu)造函數(shù)
    /*Date(const Date& d)
    {
        _year = d._year;
        _month = d._month;
        _day = d._day;
    }*/
    void print()
    {
        cout << _year << " - " << _month << " - " << _day << endl;
    }
private:
    int _year = 0;
    int _month = 0;
    int _day = 0;
};

void TestDate()
{
    Date d1(2023, 3, 31);
    //調(diào)用拷貝構(gòu)造創(chuàng)建對(duì)象
    Date d2(d1);
    d2.print();
}

有的小伙伴可能會(huì)有疑問(wèn)：編譯器默認(rèn)生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)貌似可以很好的完成任務(wù)，那么還需要我們手動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)嗎？
答案是：當(dāng)然需要。Date類只是一個(gè)較為簡(jiǎn)單的類且類成員都是內(nèi)置類型，可以不需要。但是當(dāng)類中含有自定義類型時(shí)，編譯器可就辦不了事兒了。

類中如果沒(méi)有涉及資源申請(qǐng)時(shí)，拷貝構(gòu)造函數(shù)是否寫都可以；一旦涉及到資源申請(qǐng)時(shí)，則拷貝構(gòu)造函數(shù)是一定要寫的，否則就是淺拷貝；

??錯(cuò)誤示例??

class stack
{
public:
    stack(int defaultCapacity=10)
    {
        _a = (int*)malloc(sizeof(int)*defaultCapacity);
        if (_a == nullptr)
        {
            perror("malloc fail");
            exit(-1);
        }
        _top =  0;
        _capacity = defaultCapacity;
    }
    ~stack()
    {
        cout << "~Stack()" << endl;
        free(_a);
        _a = nullptr;
        _top = _capacity = 0;
    }
    void push(int n)
    {
        _a[_top++] = n;
    }
    void print()
    {
        for (int i = 0; i < _top; i++)
        {
            cout << _a[i] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
private:
    int* _a;
    int _top;
    int _capacity;
};

void TestStack()
{
    stack s1;
    s1.push(1);
    s1.push(2);
    s1.push(3);
    s1.push(4);
    s1.print();

    stack s2(s1);
    s2.print();
    s2.push(5);
    s2.push(6);
    s2.push(7);
    s2.push(8);
    s2.print();
}

如圖所示，這段程序的運(yùn)行結(jié)果是程序崩潰了，且通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，是在第二次析構(gòu)時(shí)出現(xiàn)了錯(cuò)誤。其實(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因是在第二次析構(gòu)時(shí)對(duì)野指針進(jìn)行free了。

??一個(gè)小tip??

多個(gè)對(duì)象進(jìn)行析構(gòu)的順序如同棧一樣，先創(chuàng)建的對(duì)象后析構(gòu)，后創(chuàng)建的對(duì)象先析構(gòu)。

為什么會(huì)出現(xiàn)對(duì)野指針進(jìn)行free呢？

原因是，對(duì)象s1與對(duì)象s2中的成員_a，指向的是同一塊空間。在s2析構(gòu)完成后，這塊空間已經(jīng)被釋放，此時(shí)的s1._a就是野指針。這就是淺拷貝導(dǎo)致的后果。

??理解淺拷貝??

編譯器默認(rèn)生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)是按字節(jié)序拷貝的，在創(chuàng)建s2對(duì)象時(shí)，僅僅是把s1._a的值賦值給s2._a，并沒(méi)有重新開(kāi)辟一塊與s1._a所指向的空間大小相同內(nèi)容相同的空間。我們把前者的拷貝方式稱為淺拷貝，后者稱為深拷貝

當(dāng)開(kāi)啟監(jiān)視窗口來(lái)觀察這一過(guò)程，我們可以看到s2在進(jìn)行push時(shí)，s1的內(nèi)容也在跟著改變，且s1._a=s2._a：

??正確的做法??

class stack
{
public:
    stack(int defaultCapacity=10)
    {
        _a = (int*)malloc(sizeof(int)*defaultCapacity);
        if (_a == nullptr)
        {
            perror("malloc fail");
            exit(-1);
        }
        _top =  0;
        _capacity = defaultCapacity;
    }
    //用戶自己定義拷貝構(gòu)造函數(shù)
    stack(const stack& s)
    {
        _a= (int*)malloc(sizeof(int) * s._capacity);
        if (_a == nullptr)
        {
            perror("malloc fail");
            exit(-1);
        }

        memcpy(_a, s._a, sizeof(int) * s._capacity);
        _top = s._top;
        _capacity = s._capacity;
    }
    ~stack()
    {
        cout << "~Stack()" << endl;
        free(_a);
        _a = nullptr;
        _top = _capacity = 0;
    }
    void push(int n)
    {
        _a[_top++] = n;
    }
    void print()
    {
        for (int i = 0; i < _top; i++)
        {
            cout << _a[i] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
private:
    int* _a;
    int _top;
    int _capacity;
};