C++类和对象之拷贝构造函数

目录：

拷贝构造函数

例：浅拷贝 / 深拷贝实例	拷贝构造函数的调用时机：	例：拷贝构造函数的3种调用时机实例

常见问题

1. 左值和右值	2. 拷贝构造函数的引用	3. 拷贝构造函数的const

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拷贝构造函数

C++ 中经常会使用一个变量初始化另一个变量，如

int x = 1; 
int y = x;

我们希望这样的操作也能作用于自定义类类型，如

Point pt1(1, 2); 
Point pt2 = pt1;

这两组操作是不是一致的呢？第一组好说，而第二组只是将类型换成了 Point 类型，执行 Point pt2 = pt1;语句时， pt1 对象已经存在，而 pt2 对象还不存在，所以也是这句创建了 pt2 对象，既然涉及到对象的创建，就必然需要调用构造函数，而这里会调用的就是 复制构造函数，又称为 拷贝构造函数。

当我们进行测试时，会发现我们不需要显式给出拷贝构造函数，就可以执行第二组测试。这是因为如果类中没有显式定义拷贝构造函数时，编译器会自动提供一个缺省的拷贝构造函数。其原型是:

类名::类名(const 类名&);

那缺省（默认）的拷贝构造函数是如何实现的呢？很简单，我们来实现一下 Point 类的拷贝构造函数：

Point::Point(const Point & rhs) 
: _ix(rhs._ix) 
, _iy(rhs._iy) 
{}

由于 Point 的成员比较简单，缺省的拷贝构造函数已经可以满足需求了，所以可以不显式定义。接下 来，我们把目光转向 Computer 类，如果 Computer 类使用缺省拷贝构造函数，会发生什么问题呢？我们先来看看 缺省的拷贝构造函数的实现

Computer::Computer(const Computer & rhs) 
: _brand(rhs._brand) 
, _price(rhs._price) 
{}

//执行构造初始化 
Computer pc1("Huawei Matebook14", 5699); 
Computer pc2 = pc1;

从上面的定义来看， pc1 与 pc2 对象的数据成员 _brand 都会指向同一个堆空间的字符串，这种只拷贝指针的地址的方式，我们称为浅拷贝。当两个对象被销毁时，就会造成 double free 的问题。显然， 缺省拷贝构造函数不再满足需求，此时需要显式定义拷贝构造函数：

Computer::Computer(const Computer & rhs) 
: _brand(new char[strlen(rhs._brand) + 1]()) 
, _price(rhs._price)
{
	strcpy(_brand, rhs._brand);
}

这种拷贝指针所指空间内容的方式，我们称为深拷贝。因为两个对象都拥有各自的独立堆空间字符串， 一个对象销毁时就不会影响另一个对象。

例：浅拷贝 / 深拷贝实例

#include 
#include 
#include 
#include 

using std::cout;
using std::endl;

class Student
{
public:

    //构造函数
    Student(const char * name, int score)
    : _name(new char[strlen(name) + 1]())
    , _score(score)
    {
        strcpy(_name, name);
        cout << "Student" << endl;
    }

    //拷贝构造函数-浅拷贝
    //Student(const Student & rhs)
    //: _name(rhs._name)
    //, _score(rhs._score)
    //{
    //    cout << "Student copy" << endl;
    //}
    
    //拷贝构造函数-深拷贝
    Student(const Student & rhs)
    : _name(new char[strlen(rhs._name) + 1]())
    , _score(rhs._score)
    {
        strcpy(_name, rhs._name);
        cout << "Student copy" << endl;
    }
    
    //参数score修改
    void setScore(int score)
    {
        _score = score;
    }

    //参数name修改
    void setName(const char * name)
    {
        strcpy(_name, name);
    }

    //打印函数
    void print() const
    {
        cout << "name:" << _name << endl
             << "score:" << _score << endl;
    }

    //析构函数
    ~Student()
    {
        delete [] _name;
        cout << "~Student" << endl;
    }

private:
    char * _name;
    int _score;
};

void func()
{
    Student stu1("Lones", 30);
    cout << "stu1" << endl;
    stu1.print();
    cout << endl << "stu2" << endl;
    Student stu2 = stu1;
    stu2.print();
    cout << endl;

    stu2.setScore(20);
    stu2.setName("pp");
    cout << "stu1" << endl;
    stu1.print();
    cout << endl << "stu2" << endl;
    stu2.print();
    cout << endl;
}

int main()
{
    func();
    return 0;
}

运行结果（浅拷贝和深拷贝）：

因为stu2是stu1的拷贝，可看见对于stu2的name的修改，浅拷贝共用一块内存，所以stu1也发生改变；深拷贝是各自的内存，所以stu2对name的修改，并没有修改stu1。

浅拷贝

调用一次构造函数，调用两次析构函数，两个对象的指针成员所指同一块内存，这会导致指针被分配一次内存，但是程序结束时该内存却被释放了两次，会导致崩溃！由于编译系统在我们没有自己定义拷贝构造函数时，会在拷贝对象时调用默认拷贝构造函数，进行的是浅拷贝！即对指针name拷贝后会出现两个指针指向同一个内存空间。

深拷贝

在对含有指针成员的对象进行拷贝时，必须要自己定义拷贝构造函数，使拷贝后的对象指针成员有自己的内存空间，即进行深拷贝，这样就避免了内存泄漏发生。

浅拷贝只是对指针的拷贝，拷贝后两个指针指向同一个内存空间；
深拷贝不但对指针进行拷贝，而且对指针指向的内容进行拷贝，经深拷贝后的指针是指向两个不同地址的指针。

拷贝构造函数的调用时机：

1. 当把一个 已经存在的对象赋值给另一个新对象 时，会调用拷贝构造函数。
2. 当实参和形参（函数参数）都是对象，进行 实参与形参的结合 时，会调用拷贝构造函数。
3. 当 函数的返回值是对象，函数调用完成返回时（执行return），会调用拷贝构造函数。

例：拷贝构造函数的3种调用时机实例

#include 
#include 
#include 
#include 

using std::cout;
using std::endl;

class Student
{
	// ...
};

//时机1：已经存在的对象赋值给另一个新对象
void func()
{
    Student stu1("Lones", 30);
    cout << "stu1" << endl;
    stu1.print();
    cout << endl << "stu2" << endl;
    Student stu2 = stu1;
    stu2.print();
    cout << endl;

    stu2.setScore(20);
    stu2.setName("pp");
    cout << "stu1" << endl;
    stu1.print();
    cout << endl << "stu2" << endl;
    stu2.print();
    cout << endl;
}

//时机2：当实参和形参（函数参数）都是对象，进行实参与形参的结合
void func2_ret(Student stu)
{
    stu.print();
}

void func2()
{
    Student stu1("Jack", 66);
    func2_ret(stu1);
}


//时机3：当函数的返回值是对象，函数调用完成返回时（执行return）
Student func3_ret()
{
    Student stu1("Jason", 44);
    stu1.print();
    return stu1;
}

void func3()
{
    Student stu2 = func3_ret();
}

void func4()
{
    const Student &rhs = func3_ret();
}

int main()
{
    func();
    cout << endl << endl;
    func2();
    cout << endl << endl;
    func3();
    cout << endl << endl;
    func4();
    cout << endl << endl;
    return 0;
}

时机1，时机2都会调用拷贝构造函数，注意的是时机3，在直接使用g++编译时，不会显示调用拷贝构造函数，这是因为测试右值，临时对象的构造，编译器会自动优化导致没有打印。编译时在末尾添加 -fno-elide-constructors 关闭自动优化，就会正常打印该显示的拷贝构造函数

我们详细看一下func3，func4

• func3调用 两次 拷贝构造函数 — return stu1; 返回的是一个值，编译器首先会创建一个临时变量拷贝下这个stu1（匿名对象）, 这时调用了拷贝构造函数（变量或者对象，若结果是一个值就直接返回，若结果是一个对象则会产生一个匿名对象，将会调用拷贝构造函数将需要返回的对象赋值给匿名对象，然后把匿名对象返回出去，func3_ret() 函数执行完毕原来需要返回的对象就会被析构掉，匿名对象才是真的返回值），这是第一次拷贝调用；再是函数中stu2接收func3_ret();的返回值（复制），这是第二次拷贝调用

• func4调用 一次 拷贝构造函数 — return stu1; 进行了一次拷贝调用，然后在接收返回值时，使用了左值引用来接收func3_ret();的返回值，因为是引用所以没有调用拷贝。

常见问题

1. 左值和右值

左值： 可以取地址
右值： 一般是 临时对象 或 字面值常量 ，不可以取地址，生命周期只有本行，在内存没有存储

通常以下三种情况会产生临时对象：

1，以值的方式给函数传参；
2，类型转换；
3，函数需要返回一个对象时；

2. 拷贝构造函数的引用

调用拷贝构造函数去掉引用符号，形参是对象，无穷递归调用拷贝构造函数，没有出口，最后栈溢出。

拷贝构造函数
Student(const Student rhs)

函数里
Student p2 = p; //调用拷贝构造函数
传参（值传递，复制）时 const Student rhs = p; //又调用拷贝构造函数
传参（值传递，复制）时 const Student rhs1 = rhs; //又调用拷贝构造函数
传参（值传递，复制）时 const Student rhs2 = rhs1; //又调用拷贝构造函数
…
无限递归调用

3. 拷贝构造函数的const

const是不可以去掉的，如果const去掉，当传递一个临时对象（右值），无法调用拷贝构造函数，而且会报错。