【C++入门】拷贝构造&&运算符重载
目录
1. 拷贝构造函数
1.1 概念
1.2 特征
1.3 常用场景
2. 赋值运算符重载
2.1 运算符重载
2.2 特征
2.3 赋值运算符
前言
拷贝构造和运算符重载是面向对象编程中至关重要的部分，它们C++编程中的一个核心领域，本期我详细的介绍拷贝构造和运算符重载。
1. 拷贝构造函数
为什么要有拷贝构造？
首先肯定是有需求才会产生，在C语言中，使用内置类型时，时常会有这样的场景：使用一个已经存在的变量赋值给新变量（也就是一种拷贝），把一个变量的值拷贝给另一个变量。那么在C++中我们也会遇到，在实例化对象时也需要将一个对象的数据拷贝给另一个对象的场景，拷贝构造函数是为了方便自定义类型的数据拷贝而设计的。
1.1 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)，用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。
1.2 特征
拷贝构造函数也是特殊的成员函数
特征：
- 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式
- 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
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//Date(const Date d)// 错误写法：编译报错，会引发无穷递归
Date(const Date& d)
{
_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;
}
在传值调用中，形参是实参的拷贝，在d1传给函数里的d时会调用拷贝构造（把d1拷贝给d，Date d（d1）），d1拷贝给调用函数体的d继续调用拷贝构造……这样就形成了无限递归。
- 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。浅拷贝在一些场景中并不适用，比如：
自定义类型：栈
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 3)
{
cout << "Stack(size_t capacity = 3)" << endl;
_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
}
_capacity = capacity;
_top = 0;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_capacity = _top = 0;
_a = nullptr;
}
private:
int* _a;
int _capacity;
int _top;
};
void fun1(Stack st)
{
//…
}
int main()
{
Stack st1;
fun(st1);
return 0;
}这个代码在运行时就会报错。
函数调用时是传值调用，形参是实参的拷贝，所以fun函数里的st和main函数里的st1指定的是同一块空间
在fun执行结束时，st就会销毁，调用析构会将st中的_a指向的空间销毁
main函数结束时，st1也会调用析构函数销毁_a指向的空间
但是这块空间已经被销毁，再去销毁就会造成内存重复释放。
所以必要时我们还需要进行深拷贝（自己实现）
Stack(const Stack& stt)
{
cout << "Stack(Stack& stt)" << endl;
// 深拷贝
_a = (int*)malloc(sizeof(int) * stt._capacity);
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
memcpy(_a, stt._a, sizeof(int) * stt._top);
_top = stt._top;
_capacity = stt._capacity;
}深拷贝是重新开一块空间存放实参中_a指向空间的数据，在销毁时也是释放各自的空间，不会造成同块空间被重复释放的情况。
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
注意：在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定
义类型调用其拷贝构造函数完成拷贝
1.3 常用场景
- 使用已存在对象创建新对象
int main()
{
Date d1(2023,11,11);
Date d2(d1);
return 0;
}- 函数返回值类型为类类型对象
Date Test(Date d)
{
Date tmp(d);
return tmp;//返回时有一次拷贝
}- 函数参数类型为类类型对象
void fun1(Stack st)//传值时有一次拷贝
{
//…
}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。
2. 赋值运算符重载
2.1 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
2.2 特征
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)
- 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
- .* 、::（域作用限定符） 、sizeof 、? :（三目运算符） 、‘ .（点）’、 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。
2.3 赋值运算符
介绍完基本特征，我们来试着用一下，以日期类为例：
class Date
{
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};日期类的内部数据类型都是内置类型，这里的析构函数、构造函数、拷贝构造都可以不写（编译器默认生成），我们在写运算符重载时是在类的里边还是外边？
其实都是可以的，但为了保证封装性，最好还是将运算符重载写到类里，（要想访问需要把类的成员变量置为public，正常情况下，类的成员变量都是私有的，在类外部无法访问）并且在调用时也很不方便。
以赋值运算符为例：
class Date
{
public:
Date& operator=(const Date& d)
{
if(this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
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
赋值运算符重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数
class Date
{
public:
int _year;
int _month;
int _day;
};
Date& operator=(Date& left, const Date& right)
{
if (&left != &right)
{
left._year = right._year;
left._month = right._month;
left._day = right._day;
}
return left;
}
// 编译失败：
// error C2801: “operator =”必须是非静态成员原因：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。
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
同样，编译器默认生成的赋值运算符，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
但是编译器的默认生成的并不能满足某些场景（如栈）：
在栈的赋值运算符重载时需要进行深拷贝，如果不深拷贝就会造成与拷贝构造一样的结果，空间被重复释放。
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 6)
{
cout << "Stack(size_t capacity = 3)" << endl;
_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
}
_capacity = capacity;
_top = 0;
}
void Push(const int& data)
{
// CheckCapacity();
_a[_top] = data;
_top++;
}
Stack(const Stack& stt)
{
cout << " Stack(Stack& stt)" << endl;
// 深拷贝
_a = (int*)malloc(sizeof(int) * stt._capacity);
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
memcpy(_a, stt._a, sizeof(int) * stt._top);
_top = stt._top;
_capacity = stt._capacity;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_capacity = _top = 0;
_a = nullptr;
}
Stack& operator=(const Stack& s)
{
cout << "operator=(const Stack& s)" << endl;
if (this != &s) // 检查自我赋值
{
free(_a);//清理原有数据
// 深拷贝
_a = (int*)malloc(sizeof(int) * s._capacity);
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
memcpy(_a, s._a, sizeof(int) * s._top);
_top = s._top;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}
private:
int* _a;
int _capacity;
int _top;
};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
总结
拷贝构造函数和运算符重载是 C++ 中重要的语言特性，掌握它们对于理解和设计复杂的程序非常重要。好了以上便是本期全部内容，最后，感谢阅读！