C++学习笔记（10）——拷贝构造与赋值运算符重载

系列文章目录

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C++学习笔记

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• C++学习笔记（3）——缺省函数与函数重载
• C++学习笔记（4）——引用
• C++学习笔记(5)——inline内联
• C++学习笔记（6）——auto关键字
• C++学习笔记（7）——类与对象（上）
• C++学习笔记（8）——类与对象（中）
• C++学习笔记（9）——类与对象（中上）类的6个默认成员函数

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前言

比喻与理解

1、拷贝构造

打个比方，拷贝构造造成无穷递归的情况，就像是：我们想要一面镜子里照出画面，采用的方法却是通过另一面镜子和它对照，如此这般，用无穷面镜子一个接一个的两两对照，指望通过镜子两两对照来照出画面。

当参数采用传值方式时，拷贝构造的参数就必须是自产的，为了获得这个自产的参数就要启动新的拷贝构造，可新的拷贝构造也需要一个自产的参数，为了这个自产参数就又要启动一个新的拷贝构造。。。。。。结果就是生成了无穷个连串的拷贝构造，它们都希望自己生成的下一个拷贝构造可以产生一个参数给自己用，然而永远不可能产生一个参数给它用，因此形成了无穷递归调用。

2、赋值运算符重载

打个比方，赋值运算符重载就像是两个工程师拿同一份图纸盖房子，程序员就是工程师，程序员编写的类就是图纸，编译器就是工头，程序运行就是工人盖房子的过程。

两个工程师拿着相同的图纸（图纸内容相同，只有署名不同）去盖两个房子，他们两人雇佣了同一批工人，工人在盖第一个房子的时候没有问题，然而当工人在盖第二个房子的时候发现图纸和上一个一模一样，认为是工程事故于是拒绝施工，除非工程师到场确定造两次否则不开工，然而工程师偷懒没去，结果工人自动由此确定只需盖一座房子就可以完成任务了，于是对着一个房子拍了两张照片发给工头交差，工程师收到照片也认为两个房子造好了于是拿去售楼部卖；
（赋值运算符如果没有显示定义，就会自动生成赋值运算符重载来进行浅拷贝，浅拷贝只会直接拷贝地址和值，不会自动开辟空间存储内存信息)

后来，一家住户入住时没有发现问题，但当两家住户入住的时候发现只有一个房子可以住，就把前一家住户赶出来了；
（由于没有开辟新的空间，只是把地址赋给了两个指针，结果只能存一份后来的那个信息）

再后来，拆迁队拆房的时候发现一个房子要拆两次，自己还补了两份拆迁款，于是报警抓人；
（由于地址存了两份，当我们试图释放内存时会出现把同一份空间释放两次的情况，这是时候编译器会报错中止程序运行。）

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一、拷贝构造函数

1、概念

拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。（即，根据该单个形参来创建该对象的深拷贝）

2、特征

二、使用步骤

拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：

1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
2. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。

（关键在于拷贝构造的参数从何而来。当参数采用传值方式时，拷贝构造的参数就必须是自产的，为了获得这个自产的参数就要启动新的拷贝构造，可新的拷贝构造也需要一个自产的参数，为了这个自产参数就又要启动一个新的拷贝构造。。。。。。结果就是生成了无穷个连串的拷贝构造，它们都希望自己生成的下一个拷贝构造可以产生一个参数给自己用，然而永远不可能产生一个参数给它用，因此形成了无穷递归调用。
打个比方，拷贝构造造成无穷递归的情况，就像是：我们想要一面镜子里照出画面，采用的方法却是通过另一面镜子和它对照，如此这般，用无穷面镜子一个接一个的两两对照，指望通过镜子两两对照来照出画面。

代码如下（示例）：

#include
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

		Date(const Date& d)		//正确写法
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}

	//Date(const Date d)  //错误写法
	//{
	//	_year = d._year;
	//	_month = d._month;
	//	_day = d._day;
	//}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1;
	Date d2(d1);
	return 0;
}

编译器会提示这种无穷递归错误。

3. 若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。 默认的拷贝构造函数对象按内存存储按
字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。

#include
using namespace std;

class Time
{
public:
	void Printf()
	{
		cout << "Time" << endl;
	}
};

class Date
{
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	// 自定义类型
	Time _t;
};

int main()
{
	Date d1;
	// 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数
	// 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构造函数
	Date d2(d1);
	return 0;
}

可以看到，当我们没有写显式定义时编译器只进行了值拷贝，没有调用成员函数。

4. 编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了。我们只需要对类似于栈的需要深拷贝的类编写拷贝函数。

注意：类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。

5. 拷贝构造函数典型调用场景：

• 使用已存在对象创建新对象
• 函数参数类型为类类型对象
• 函数返回值类型为类类型对象

为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用
尽量使用引用。

二、赋值运算符重载

1、运算符重载

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。
函数名字为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。
函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)
注意：

• 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
• 重载操作符必须有一个类类型参数
• 用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不 能改变其含义
• 作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐
  藏的this
• .* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出
  现。

如下代码，将**==**运算符重载为了可处理成员变量的运算符。

#include
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	// bool operator==(Date* this, const Date& d2)
	// 这里需要注意的是，左操作数是this，指向调用函数的对象
	bool operator==(const Date& d2)
	{
		return _year == d2._year
		&& _month == d2._month
			&& _day == d2._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2018, 9, 26);
	Date d2(2018, 9, 27);
	cout << (d1 == d2) << endl;
	return 0;
}

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2、赋值运算符重载

1. 赋值运算符重载格式

参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率
返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值
检测是否自己给自己赋值
返回*this ：要复合连续赋值的含义

如下代码，我们将赋值运算符**=**重载为成员变量的赋值运算，d1的_day重载为d2的_day

#include
#include
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)	//构造函数
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	Date& operator=(const Date& d)	//赋值运算符重载
	{
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}

		return *this;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2018, 9, 26);
	Date d2(2018, 9, 27);
	d1 = d2;
	
	return 0;
}

2. 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数

原因：赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。
即，一个类可以给他的赋值运算符的功能做个性化定义，而在其他地方，赋值运算符会恢复它本来的作用。在全局域，运算符它本来的作用是不可以被更改的。

3. 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。

注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。
如下：我们没有编写赋值运算符进行赋值操作，但我们的编译器自动生成了赋值操作符完成了赋值操作，对于比较简单的赋值操作，我们可以省略赋值操作符。

#include
using namespace std;
class Text
{
public:
	Text(int m = 1, int n = 2)
	{
		_m = m;
		_n = n;
	}
	void Print()
	{
		cout << _m<<" " << _n << endl;
	}

private:
	int _m;
	int _n;
};
int main()
{
	Text t;
	t.Print();
	Text t1(6, 6);
	t1.Print();
	return 0;
}

还有一种情况，可以通过构造函数间接调用其他类的赋值运算符重载。

如下代码，d1=d2执行时，自动使用了Time重载过的赋值运算符。

#include
using namespace std;
class Time
{
public:
	Time& operator=(const Time& t)
	{
		if (this != &t)
		{
			_hour = t._hour;
			_minute = t._minute;
		}
		return *this;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
};

class Date
{
public:
	Date(int m = 1,int n=2)
	{
		_year = m;
		_month = n;
	}
private:
	// 基本类型(内置类型)
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	// 自定义类型
	Time _t;
};

int main()
{
	Date d1;
	Date d2(6,6);
	d1 = d2;
	return 0;
}

注意：如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以；一旦涉及到资源管理则必须要实现。
即，如果要实现的功能涉及到深拷贝，则必须显示定义，再开一片空间储存、拷贝。拷贝构造就相当于个性化复制粘贴，我们把两个对象给它，它把一个对象的内容拷贝给另一个对象，它可以自动进行简单拷贝工作，但为了避免内存泄露导致生产事故，它有意的不去进行内存信息的拷贝复制。

打个比方，程序员就是工程师，程序员编写的类就是图纸，编译器就是工头，程序运行就是工人盖房子的过程。
两个工程师拿着相同的图纸（图纸内容相同，只有署名不同）去盖两个房子，他们两人雇佣了同一批工人，工人在盖第一个房子的时候没有问题，然而当工人在盖第二个房子的时候发现图纸和上一个一模一样，认为是工程事故于是拒绝施工，除非工程师到场确定造两次否则不开工，然而工程师偷懒没去，结果工人自动由此确定只需盖一座房子就可以完成任务了，于是对着一个房子拍了两张照片发给工头交差，工程师收到照片也认为两个房子造好了于是拿去售楼部卖；
（赋值运算符如果没有显示定义，就会自动生成赋值运算符重载来进行浅拷贝，浅拷贝只会直接拷贝地址和值，不会自动开辟空间存储内存信息)
后来，一家住户入住时没有发现问题，但当两家住户入住的时候发现只有一个房子可以住，就把前一家住户赶出来了；
（由于没有开辟新的空间，只是把地址赋给了两个指针，结果只能存一份后来的那个信息）
再后来，拆迁队拆房的时候发现一个房子要拆两次，自己还补了两份拆迁款，于是报警抓人；
由于地址存了两份，当我们试图释放内存时会出现把同一份空间释放两次的情况，这是时候编译器会报错中止程序运行。