3/5法则：理解C++中的拷贝构造函数和拷贝赋值操作符

最编程 2024-08-03 07:05:24

...

在C++中复制控制是一个比较重要的话题，主要包括复制构造函数、重载赋值操作符、析构函数这三部分，这三个函数是一致的，如果类需要析构函数，则它也需要复制操作符和复制构造函数，这个规则被称为 C++的“三法则”。如果需要手动定义了其中了一个，那么另外的两个也需要定义，通常在存在指针或者前期相关操作的情况下，都需要手动的定义。

      复制构造函数与重载赋值操作符实现的大题相同，如果没有手动的实现，那么编译器会自动生成一个，而且这两个函数的参数也是一致的，是不能够改变的。析构函数相比前面的两个存在一个巨大的差别，就是无论我们是否定义这个函数，编译器都会自动生成一个析构函数。析构函数主要是完成对象的释放操作。

      复制构造函数与重载赋值操作符在没有定义的情况下，编译器会为我们生成一个，这说明这两个函数是一个类必不可少的部分。由此可知如果一个类没有定义任何的东西，编译器也会帮助我们生成下面的4个函数：
1、一个构造函数，也就是所谓的类名比如classname(),这是在没有定义构造函数时，编译器会自动生成的。
2、析构函数，
3、复制构造函数。
4、重载赋值操作符。
假设存在一个类Base；
   class Base
    {
        public:
            Base(); //构造函数
            Base(const Base &); // 复制构造函数
            Base & operator = (const Base &);   // 赋值操作符
            ~Base();   // 析构函数
        private:
            .......
    };

现在对复制构造函数和赋值操作符做个详细的说明，下面是一个将要使用的例子；

class CExample
{
public :
     CExample(){pBuffer=NULL; nSize=0;}   //构造函数
     ~CExample(){delete pBuffer;}   // 析构函数
    void Init(int n){ pBuffer=new char [n]; nSize=n;}
private :
    char *pBuffer; //类的对象中包含指针,指向动态分配的内存资源
    int nSize;
};
    这个类的主要特点是包含指向其他资源的指针。 pBuffer指向堆中分配的一段内存空间。
一、拷贝构造函数
int main(int argc, char * argv[])
{
     CExample A;
     A.Init40);

     CExample B=A; //把B初始化为A的副本
     ...
}
    B = A ; 此语句的具体过程:首先建立对象theObjtwo，并调用其构造函数，然后成员被拷贝。
    语句"CExample B=A;" 用 A 初始化 B。其完成方式是内存拷贝，复制所有成员的值。完成后，A.pBuffer = B.pBuffer, 即它们将指向同样的地方，指针虽然复制了，但所指向的空间并没有复制，而是由两个对象共用了。这样不符合要求，对象之间不独立了，并为空间的删除带来隐患。所以需要采用必要的手段(拷贝构造函数)来避免此类情况。

拷贝构造函数的格式为 : 构造函数名(对象的引用) 提供了拷贝构造函数后的CExample类定义为:
class CExample
{
public :
     CExample(){pBuffer=NULL; nSize=0;} //构造函数
     ~CExample(){delete pBuffer;}   // 析构函数
     CExample(const CExample&); //拷贝构造函数
    void Init(int n){ pBuffer=new char [n]; nSize=n;}
private :
    char *pBuffer; //类的对象中包含指针,指向动态分配的内存资源
    int nSize;
};

//拷贝构造函数的定义
CExample::CExample(const CExample& RightSides)
{
     nSize=RightSides.nSize;    //复制常规成员
     pBuffer=new char [nSize];    //复制指针指向的内容
     memcpy(pBuffer,RightSides.pBuffer,nSize*sizeof (char ));
}
    这样，定义新对象，并用已有对象初始化新对象时，即执行语句“CExample B=A; ” 时，CExample(const CExample& RightSides)将被调用，而已有对象用别名RightSides传给构造函数，以用来作复制。原则上，应该为所有包含动态分配成员的类都提供拷贝构造函数。

拷贝函数被调用的情况有：
1，定义新对象，并用已有对象初始化新对象时；即执行语句“CExample B=A; ” 时（定义对象时使用赋值初始化）；
2，当对象直接作为参数传给函数时，函数将建立对象的临时拷贝，这个拷贝过程也将调同拷贝构造函数。
    例如：
        BOOL testfunc(CExample obj)
        {
             //针对obj的操作实际上是针对复制后的临时拷贝进行的
        }
        testfunc(theObjone); //对象直接作为参数，拷贝函数将被调用；
3，当函数中的局部对象被返回给函数调者时，也将建立此局部对象的一个临时拷贝，拷贝构造函数也将被调用；
    例如：
    CTest func()
    {
         CTest   theTest;
        return   theTest
     }

二、赋值符的重载
   下面的代码与上例相似
int main(int argc, char * argv[])
{
     CExample A;
     A.Init(40);

     CExample C;
     C.Init(60);

     //现在需要一个对象赋值操作,被赋值对象的原内容被清除，并用右边对象的内容填充。
     C = A;
    return 0;
}
   也用到了"="号，但与上面的例子中语句“ CExample B=A; ” 不同“ CExample B=A; ”语句中的 "=" 在对象声明语句中，表示初始化。更多时候,这种初始化也可用括号表示。例如 CExample B(A);

   而本例子中，"=" 表示赋值操作。将对象 A 的内容复制到对象C;，这其中涉及到对象C 原有内容的丢弃，新内容的复制。但"="的缺省操作只是将成员变量的值相应复制。旧的值被自然丢弃。由于对象内包含指针，将造成不良后果:指针的值被丢弃了，但指针指向的内容并未释放。指针的值被复制了，但指针所指内容并未复制。因此，包含动态分配成员的类除提供拷贝构造函数外，还应该考虑重载"="赋值操作符号。

类定义变为:
class CExample
{
public :
     CExample(){pBuffer=NULL; nSize=0;} //构造函数
     ~CExample(){delete pBuffer;}   // 析构函数
     CExample(const CExample&); //拷贝构造函数
     CExample& operator = (const CExample&); //赋值符重载
    void Init(int n){ pBuffer=new char [n]; nSize=n;}
private :
    char *pBuffer; //类的对象中包含指针,指向动态分配的内存资源
    int nSize;
};
//赋值操作符重载
CExample & CExample::operator = (const CExample& RightSides)
{
     nSize=RightSides.nSize; //复制常规成员
    char *temp=new char [nSize]; //复制指针指向的内容
     memcpy(temp,RightSides.pBuffer,nSize*sizeof (char ));

    delete []pBuffer; //删除原指针指向内容   (将删除操作放在后面，避免X=X特殊情况下，内容的丢失)
     pBuffer=temp;    //建立新指向
    return *this
}
三、拷贝构造函数使用赋值运算符重载的代码。
CExample::CExample(const CExample& RightSides)
{
     pBuffer=NULL;
     *this =RightSides      //调用重载后的"="
}

   为了更好地理解拷贝构造函数
1、为什么要有拷贝构造函数，它跟构造函数有什么区别？
       答：拷贝构造函数其实也是构造函数，只不过它的参数是const 的类自身的对象的引用。如果类里面没有指针成员（该指针成员指向动态申请的空间），是没有必要编写拷贝构造函数的。    我们知道，如果有一个类CObj，它已经产生了一个对象ObjA，现在又用CObj去创建ObjB，如果程序中使用语句ObjB = ObjA; 也就是说直接使用ObjA的数据给ObjB赋值。这对于一般的类，没有任何问题，但是如果CObj里面有个char * pStr的成员，用来存放动态申请的字符串的地址，在ObjA中使用new 方法动态申请了内存并让ObjA.pStr指向该申请的空间，在OjbB = OjbA之后，ObjA.pStr和ObjB.pStr将同时指向那片空间，这样到导致了谁也不知道到底该由谁来负责释放那块空间，很有可能导致同一块内存被释放两次。    使用拷贝构造函数，先申请ObjA.pStr所指向的空间大小的空间，然后将空间内容拷贝过来，这样就不会同时指向同一块内存，各自有各自申请的内存，各自负责释放各自申请的内存，从而解决了刚才的问题。所以这里的“拷贝”拷贝的是动态申请的空间的内容，而不是类本身的数据。另外注意到，拷贝构造函数的参数是对象的引用，而不是对象的指针。至于为什么要用引用，不能够用指针暂时还没有搞明白，等搞明白了再说。
2、为什么要对=赋值操作符进行重载？
   答：接上面的例子，用户在使用语句ObjB = ObjA的时候，或许ObjB的pStr已经指向了动态申请的空间，如果直接简单将其指向的地址覆盖，就会导致内存泄露，所以需要对=赋值操作符进行重载，在重载函数中判断pStr如果已经指向了动态申请的空间，就先将其释放。
3、拷贝构造函数和=赋值操作符重载的关系。
   答：从原文的例子中可以看出，=赋值操作符重载比拷贝构造函数做得要多，它除了完成拷贝构造函数所完成的拷贝动态申请的内存的数据之外，还释放了原本自己申请的内存空间。所以原文最后给出的拷贝构造函数的实现可以使用=赋值操作符的重载来完成。
4、拷贝构造函数何时被调用？
   a.对象的直接赋值也会调用拷贝构造函数  ；
    b.函数参数传递只要是按值传递也调用拷贝构造函数；
   c.函数返回只要是按值返回也调用拷贝构造函数。

四、拷贝构造函数和赋值运算符重载为什么要使用引用？
    首先先说下基类和派生类的关系：
    例如：
        class Derived：public Base
        {
            public：
              .....
            private：
                .......
        }；

不同继承方式的基类和派生类特性

上一篇：图鸭科技在CVPR 2018图像压缩比赛中夺冠！端到端图像压缩框架技术解析

下一篇：立即行动！利用Wi-Fi无线下载并调试FPGA