c++的堆与拷贝构造函数

关于堆的知识
一般情况下c程序会存放在rom或flash中，运行再拷贝到对应的内存中。c++程序中内存分别存放不同的信息，
（1）全局数据区：存放全局变量、常量、静态数据
（2）代码区：存放程序的代码
（3）栈区：存放局部变量、函数的参数、返回数据、返回地址等
（4）堆区（自由存储区）：作为其他操作的使用的资源

当我们的程序通过new或者malloc申请到了一些堆内存时，我们就有责任去回收它们，否则会造成内存泄漏，另外c++管理这些内存时很辛苦的一件事情，频繁的申请和释放内存，会产生大量的堆碎块

堆区和栈区的比较
栈区：
栈是向下增长的，存放的是一些局部变量，参数，返回地址、返回值等，栈中分配局部变量空间，（由系统分配）
堆区：
堆是向上增长的，用于分配程序申请的内存区。

区别
堆区和栈区的区别就是在于内存分配的方式上，另外就是内存空间回收方式上，栈区的内存也是系统自动完成的，当函数运行完后，栈上的内容就被释放了。堆中的内容只要程序不去释放，它就一直都在，但是这样会造成内存泄漏。

申请后的反应
栈区：
只要栈区中有大于申请的空间的内存，系统就会为程序提供内存，否则，会发生异常
堆区：
操作系统中有一个记录闲时的内存地址的链表，当系统收到空间申请时，就会去查找那个表，找到第一个空闲空间大于申请空间的结点，然后把该结点从该链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。另外，多数系统会在该结点的首地址记录分配的内存的大小，从而可以在delete时，释放正确的内存空间。

申请效率比较
栈区：
系统自动分配，速度快，但是空间有限，WINDOWS下只有2M，
堆区：
由于分配堆区后，还有很多后续工作，如删除结点，记录分配的空间的大小等。所以效率较低，但是空间充足，程序员可以很好的控制它。

需要new和delete的原因
以前看过一个文章写的是“学好c++必须做到的50条”，我很同意里面的一句话：“不要因为c和c++中有一些语法和关键字看上去相同，就认为它们的意义和作用完全一样;”，这句话正好在这里可以显示其正确性，
c++中不能使用malloc的一个原因就是：它在为指针对象分配空间时，不能够调用构造函数。一个类的对象的建立包括三个部分：

1. 分配空间
2. 构造结构
3. 初始化
   但是上述三个部分统一由构造函数完成的。于是我们就需要new和delete来完成对对象的空间的分配和内存的释放。其分配的内存空间就是在堆区中的内存。另外由于类的构造函数是可以有参数的，所以new后来的类类型也是可以有参数的。

#include
using namespace std;

class A
{
public:
    A(int m, int d)
    {
        cout << m << " " << d << endl;
    }
    ~A()
    {
        cout << "Delete" << endl;
    }
};

int main()
{
    A *p;
    p = new A(10, 2);   //申请堆内存
    //p = new A;        系统会报错，因为系统内已经没有无参构造函数
    delete p;           //释放堆内存，调用析构函数，如果没有这个语句，那么申请的堆区将一直有效，直达程序执行完
    system("pause");
    return 0;
}

输出结果：

另外从堆中还可以分配对对象数组，下面给个范例：

#include
using namespace std;

class A
{
public:
    A(int m, int d)
    {
        cout << m << " " << d << endl;
    }
    A()
    {

    }
    ~A()
    {
        cout << "Delete" << endl;
    }
};

int main()
{
    A *p=new A[10];      //声明了10个A的对象
    delete [] p;           //释放堆内存，调用析构函数，这里是释放了10个对象申请的堆内存
    system("pause");
    return 0;
}

输出结果：

但是这里有一个需要注意的地方，如果我们自己为类提供了一个有参的构造函数时，但是你又要构建一个对象数组的时候，你就需要手动的为类添加一个无参的构造函数，否则程序将会报错，如下图所示：

报错的原因是，我们在声明一个对象的数组时，最后面是跟数组的大小，无法再添加构造函数的参数了，所以它只能够调用无参构造函数了。
delete [] p,这个是告诉系统，该指针指向一个数组，如果没有添加[]，程序会产生运行错误。

类对象数组初始化的方法
（1）对象数组

A p[2]={A(10,1),A(10,2)};
//A p[2];
//p[0]=new A(10,1); 这种方式是错误的
//A *p=new A[2];
//p[0]=new A(10,1); 这种方式同样是错误的。
//其实通过A p[2]和A *p来声明一个对象数组时，要初始化，只有靠其构造函数自己提供默认的初始值。

（2）指针数组

    typedef A * p;
    p P[2];                     //相当于p * P =new p[2]，P相当于一个二级指针
    for (int i = 0; i < 2; i++)
        P[i] = new A(10, i);    //相当于P就是一个二级指针，所以可以对P[i]直接使用new
    for (int i = 0; i < 2; i++)
    delete P[i];               //因为P是一个二级指针，P[i]相当于就是一个指针

拷贝构造函数
因为对象的类型多种多样，不像基本数据类型这么简单，所以并不能像普通类型一样直接拷贝，如：

int a=5;
int b=a;  //用a的值拷贝给新建的b

类对象中，如果要用一个对象去初始化另外一个对象，则必须是调用的类的拷贝构造函数去初始化那个对象
下面是一个使用拷贝构造函数的例子

#include
#include
using namespace std;

class Student
{
private:
    int age;
    string name;
public:
    /*
    构造函数
    */
    Student(int age, string name)
    {
        this->age = age;
        this->name = name;
        cout << "构造函数" << endl;
    }
    /*
    拷贝构造函数
    */
    Student(const Student & r)
    {
        age = r.age;
        name = r.name;
        cout << "拷贝构造函数" << endl;
    }
    /*
    析构函数
    */
    ~Student()
    {
        cout << "析构函数" << endl;
    }
};

void call()
{
    Student stu(10, "Ouyang");
    Student stu1 = stu;  //等价于：stu1(stu);这种方式，我们可以更容易的理解，拷贝构造函数只是特殊的一种构造函数
}
int main()
{
    call();
    system("pause");
    return 0;
}

输出结果：

通过上述代码的输出结果，我们可以发现stu1的创建时，通过调用stu1的拷贝构造函数，从而把对象stu整个复制到stu1，

默认拷贝构造函数
c++的类定义中，如果程序中没有为类提供拷贝构造函数，那么系统提供一个默认的拷贝构造函数。

#include
#include
using namespace std;

class Student
{
private:
    int age;
    string name;
public:
    /*
    构造函数
    */
    Student(int age, string name)
    {
        this->age = age;
        this->name = name;
        cout << "构造函数" << endl;
    }
    /*
    无参构造函数
    */
    Student() { cout << "无参构造函数" << endl; }
    /*
    拷贝构造函数
    */
    Student(const Student & r)
    {
        age = r.age;
        name = r.name;
        cout << "拷贝构造函数" << endl;   
    }
    /*
    析构函数
    */
    ~Student()
    {
        cout << "析构函数" << endl;

    }
};

class  Teacher
{
public:
    Teacher(Student & r)
    {
        stu = r;                  //调用了一次Student的拷贝构造函数

    }

private:
    Student stu;           //把Student作为Teacher的私有对象
};

/*
函数fun把Teacher作为一个形参
*/
void fun(Teacher s)
{
    cout << "" << endl;
}


int main()
{
    Student stu;
    Teacher tea(stu);  
    cout << "" << endl;
    fun(tea);                //把Teacher的一个对象，作为一个实参通过值传递到函数中，那么它将对该对象进行拷贝
    cout << "" << endl;
    system("pause");
    return 0;
}

输出结果：

我们都知道函数参数的传递有两种方式：

1. 值传递：会产生实参的副本，将副本传给函数
2. 引用传递：不产生副本，直接把自己传给函数
   所以需要产生副本，那么就需要调用拷贝构造函数啦。

c++中使用拷贝构造函数的三种情况

(1). 使用已经存在的对象去初始化另外一个对象

Student stu(10, "Ouyang");
Student stu1 = stu;  //等价于：stu1(stu);这种方式，我们可以更容易的理解，拷贝构造函数只是特殊

注释：两个对象必须是同类的对象，stu1都是通过调用其拷贝构造函数来初始化自己。
(2)：作为函数的返回值

#include
#include
using namespace std;
static int i = 0;
class Student
{
private:
    int age;
    string name;
public:
    /*
    构造函数
    */
    Student(int age, string name)
    {
        this->age = age;
        this->name = name;

        cout << "构造函数" << endl;
    }
    /*
    无参构造函数
    */
    Student() { cout << "无参构造函数" << endl; }
    /*
    拷贝构造函数
    */
    Student(const Student & r)
    {
        age = r.age;
        name = r.name;
        cout << "拷贝构造函数" << endl;
    }
    /*
    析构函数
    */
    ~Student()
    {
        cout << "析构函数" << endl;

    }
    void print()
    {
        cout << age << endl;
    }
};

Student fun(int age, string name)
{
    Student stu(age, name);      //这是一个局部变量，在函数执行完将会进行析构
    return stu;
}

int main()
{
    Student stu;
    stu = fun(10, "Ouyang");
    Student stu1 = fun(11, "Ouyang");
    system("pause");
    return 0;
}

输出结果：

注释：
第一行：创建主函数中的stu对象时，调用了无参构造函数，
第二行：进入了函数fun，调用了有参构造函数，从而创建了fun中的stu对象，
第三行：生成了一个临时对象，我们就叫他为stu_copy,stu_copy是通过调用拷贝构造函数，所以输出了 第四行，完成对fun中的stu对象的拷贝，然后把stu给析构了。所以输出了第五行。
第六行：由于主函数中的stu首先是通过无参构造函数创建过一次，如果要重新对其赋值的话，就要先把原来那个对象给析构了，
第七行：同样是进入fun后，完成了第三行工作，第八行时完成了第四行的工作，第九行完成了第五行的工作。
（3）：作为函数的参数进行值传递的时候

#include
#include
using namespace std;
class Student
{
private:
    int age;
    string name;
public:
    /*
    构造函数
    */
    Student(int age, string name)
    {
        this->age = age;
        this->name = name;
        cout << "构造函数" << endl;
    }
    /*
    无参构造函数
    */
    Student() { cout << "无参构造函数" << endl; }
    /*
    拷贝构造函数
    */
    Student(const Student & r)
    {
        age = r.age;
        name = r.name;
        cout << "拷贝构造函数" << endl;
    }
    /*
    析构函数
    */
    ~Student()
    {
        cout << "析构函数" << endl;

    }
    void print()
    {
        cout << age << endl;
    }
};
/*
传值函数
*/
void fun( Student stu)
{
    cout << "函数调用" << endl;
}
/*
传引用函数
*/
void fun1(Student & stu)
{
    cout << "函数调用" << endl;
}

int main()
{

    Student s(10, "Ouyang");
    Student s1(10, "Ouyang ");
    fun(s);           //传值函数的调用
    fun1(s1);         //传引用调用
    system("pause");   ／／程序一直停在这里，所以后续对的析构函数没调用出来
    return 0;
}

输出结果：

第一行：调用构造函数，创建s对象
第二行：调用构造函数，创建s1对象
第三行：当s对象要传入fun的形参时，会先产生一个临时对象，设定就是stu，然后调用拷贝构造函数，把s对象的值拷贝到stu中。
第四行：此时就是调用函数的过程
第五行：第三行产生的临时对象，在函数调用完成时，就会被析构。
第六行：由于当我们调用函数fun1时，使用的引用传递，所以不需要产生临时对象，只有函数调用

浅拷贝和深拷贝
（1）浅拷贝
当我们使用默认拷贝函数的时，它采取的一个成员一个成员的拷贝，但是当成员涉及使用资源（堆区）时，由于默认拷贝函数只是简单的制作了一个对象对拷贝，而不对它本身进行资源分配和复制，这样就会发生一种现象就是：两个对象同时拥有同一块资源，当对象析构时候，该资源会发生两次归还。

#include
#include
#include
using namespace std;
static int num = 0;
class Student
{
private:
    int age;
    char * name;
public:
    /*
    构造函数
    */
    Student(int age, char* name)
    {

        int length = strlen(name) + 1;
        this->age = age;
        this->name = new char[length];        //申请内存空间
        if (this->name != 0)
            strcpy_s(this->name,length,name); //调用函数对name进行赋值
        this->name[length - 1] = '\0';
        cout << "构造函数" << endl;
    }
    /*
    无参构造函数
    */
    Student() { cout << "无参构造函数" << endl; }


    /*
    析构函数
    */
    ~Student()
    {
        cout << name << endl;
        name[0] = '\0';
        delete name;


        cout << "析构函数" << endl;

    }
    void print()
    {
        cout << age << endl;
    }
};


int main()
{

    Student s(10, "Ouyang");
    Student s1 = s;

    //system("pause");
    return 0;
}

输出结果：

第一行：调用构造函数，创建了对象s
第二行：调用了析构函数，输出了了name，析构对象s1。
第三行：同样是析构函数中的内容，
第四行：打算析构对象s，首先还是先输出name，由于在析构s1时，我们就已经归还了资源，此时输出就是一堆乱码，
最后就是程序想再次归还已经归还的资源，程序就爆出来异常。

浅拷贝可以用下图形象的表示：

（2）深拷贝
深拷贝就是不但复制了对象的空间，也复制了对象的资源，从而不会出现两个对象共用一份资源的现象。

#include
#include
#include
using namespace std;
static int num = 0;
class Student
{
private:
    int age;
    char * name;
public:
    /*
    构造函数
    */
    Student(int age, char* name)
    {

        int length = strlen(name) + 1;
        this->age = age;
        this->name = new char[length];        //申请内存空间
        if (this->name != 0)
            strcpy(this->name, name); //调用函数对name进行赋值
        this->name[length - 1] = '\0';
        cout << "构造函数" << endl;
    }
    /*
    无参构造函数
    */
    Student() { cout << "无参构造函数" << endl; }

    /*
    拷贝构造函数
    */
    Student(const Student & s)
    {
        age = s.age;

        int length = strlen(s.name) + 1;

        name = new char(length);
        if (name != 0)
            strcpy(name, s.name);

        name[length - 1] = '\0';

        cout << "拷贝构造函数" << endl;
    }
    /*
    析构函数
    */
    ~Student()
    {
        cout<0]='\0';
        if (name!=NULL)
        delete name;
        cout << "析构函数" << endl;


    }

};


int main()
{

    Student s(10, "Ouyang");
    Student s1 = s;

    //system("pause");
    return 0;
}

输出结果：

这次是在codeBlocks中跑出来的结果，因为对vs不是很熟悉，总是会跑出异常，
第一行：创建s时，调用了构造函数
第二行：创建s1时，调用了拷贝构造函数
最后就是分别析构两个对象了，我们可以发现这两个对象的析构是一样，当s1被析构后，它只是归还了其申请的内存，对s对象没有影响，所以有个明文规则：如果类的析构函数会被用来归还对象的申请的资源时，则它也需要一个拷贝构造函数。

拷贝构造函数细节
为啥要用引用：
在函数调用中，具有非引用类型的参数要进行拷贝初始化，这也就解释了为什么拷贝构造函数的参数必须是引用的了，如果不是，那么它就相当于一个普通的函数，需要调用拷贝构造函数来初始化它的非引用的参数，从而就是一个无限循环了。