不可拷贝类
目录
- 拷贝
- 什么时候需要不可拷贝类
- 实现不可拷贝类
- 使用 boost::noncopyable
- 声明拷贝函数为私有
- C++ 11 下使用 delete 关键字
- 其他
拷贝
拷贝是任何一门编程语言都必不可少的操作。在 C++ 里，拷贝有等号拷贝和构造拷贝之分：
Foo foo, foo2;
Foo foo2 = foo; // 等号拷贝
Foo foo3(foo); // 构造拷贝
等号拷贝是显式的，总得有个等号 = 在那才行。构造拷贝是隐式的，除了上面示例代码里那种直接写出构造函数的情况，在使用以值传递作为参数和以值返回的函数时，都会发生构造拷贝：
/// 传入 foo 时，发生了一次实参到形参的构造拷贝
Foo func(Foo foo) {
Foo foo2;
// do somthing
return foo2;
}
/// 返回时，发生了一次 foo2 到返回值的的构造拷贝
类的等号拷贝和构造拷贝都是可以重载的。如果不重载，默认的拷贝模式是对每个类成员依次执行拷贝。
什么时候需要不可拷贝类
考虑一种情况，我们要实现一个含有动态数组成员的类，其中动态数组成员在构造函数中 new 出来，在析构函数中 delete 掉。比如说这样一个矩阵类：
template
class Matrix {
public:
int w;
int h;
_T* data;
// 构造函数
Matrix(int _w, int _h): w(_w), h(_h){
data = new _T[w*h];
}
// 析构函数
~Matrix() {
delete [] data;
}
}
我们在这个类中用两个 int 数 w 和 h 代表矩阵的列数和行数，用一个长度为 w*h 的动态数组 data[] 存储矩阵数据。data 在构造函数中分配内存，在析构函数中释放内存。这里我们没有重载拷贝函数，那么如果拷贝这个类，会发生什么呢？
/// 测试1：等号拷贝
void copy(){
Matrix m1(3,3);
Matrix m2(3,3);
m1 = m2;
}
/// 测试2：传参和返回中的构造拷贝
template
Matrix<_T> copy(Matrix<_T> cpy) {
Matrix<_T> ret(3,3);
return ret;
}
上面的测试 1 中，我们先构造了 m1 和 m2 两个 Matrix 实例，这意味着他们各自开辟了一块动态内存来存储矩阵数据。然后我们使用 = 将 m2 拷贝给 m1，这时候 m1 的每个成员（w，h，data）都被各自使用 = 运算符拷贝为和 m2 相同的值。m1.data 是个指针，所以就和 m2.data 指向了同一块的内存。于是这里就会出现两个问题：其一， 发生拷贝前 m1.data 指向的动态内存区在拷贝后不再拥有指向它的有效指针，无法被释放，于是发生了内存泄露；其二，在 copy() 结束后，m1 和 m2 被销毁，各自调用析构函数，由于他们的 data 指向同一块内存，于是发生了双重释放。
测试 2 中也有类似问题。当调用 copy(Matrix<_T> cpy) 时，形参 cpy 拷贝自实参，而 cpy 会在函数结束时销毁，cpy.data 指向的内存被释放，所以实参的矩阵数据也被销毁了——这显然是我们不愿意看见的。同样的，在返回时，ret 随着函数结束而销毁，返回值因为拷贝自 ret，所以其矩阵数据也被销毁了。
因此，对于像 Matrix 这样的类，我们不希望这种拷贝发生。一个解决办法是重载拷贝函数，每次拷贝就开辟新的动态内存：
Matrix<_T>& operator = (const Matrix<_T>& cpy) {
w = cpy.w;
h = cpy.h;
delete [] data;
data = new _T[w*h];
memcpy(data, cpy.data, sizeof(_T)*w*h);
return *this;
}
Matrix(const Matrix<_T>& cpy):w(cpy.w), h(cpy.h) {
data = new _T[w*h];
memcpy(data, cpy.data, sizeof(_T)*w*h);
}
这样做也有不好的地方。频繁开辟动态内存，当数据量很大时（比如图像处理），对程序性能是有影响的。在接口设计的角度考虑，应该把这种拷贝操作以较明显的形式提供给用户，比如禁用等号拷贝，以直接的函数代替 = 操作：
void copyFrom(const Matrix<_T>& cpy) {
w = cpy.w;
h = cpy.h;
delete [] data;
data = new _T[w*h];
memcpy(data, cpy.data, sizeof(_T)*w*h);
}
再禁用构造拷贝，只允许用户以引用传递的办法在自定义函数中使用 Matrix 类。
那么，如何禁止拷贝操作呢？
实现不可拷贝类
使用 boost::noncopyable
Boost 作为 C++ 万金油工具箱，在 boost::noncopyable 即可：
class Matrix : boost::noncopyable
{
// 类实现
}
声明拷贝函数为私有
如果不想用第三方库，自己实现呢？不妨先看一下 Boost 是怎么做的：
private: // emphasize the following members are private
noncopyable( const noncopyable& );
noncopyable& operator=( const noncopyable& );
嗯，直接把拷贝函数声明为私有的不就等于禁用了么，so smart！于是：
template
class Matrix
{
private:
Matrix(const Matrix<_T>&);
Matrix<_T>& operator = (const Matrix<_T>&);
}
C++ 11 下使用 delete 关键字
C++ 11 中为不可拷贝类提供了更简单的实现方法，使用 delete 关键字即可：
template
class Matrix
{
public:
Matrix(const Matrix<_T>&) = delete;
Matrix<_T>& operator = (const Matrix<_T>&) = delete;
}
其他
关于类似 Matrix 矩阵类的实现，更高级的做法是像智能指针一样封装其内部数据，用内部计数器来确定动态分配的成员是否要释放掉，不过这是另外一个问题了。