【转】拷贝构造函数和赋值函数的必要性和意义

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关于拷贝构造函数和赋值运算符
2009-07-21 16:23
关于拷贝构造函数和赋值运算符
作者：冯明德


重点:包含动态分配成员的类 应提供拷贝构造函数,并重载"="赋值操作符。

以下讨论中将用到的例子:

class CExample
{
public:
CExample(){pBuffer=NULL; nSize=0;}
~CExample(){delete pBuffer;}
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 theObjone;
theObjone.Init40);

//现在需要另一个对象,需要将他初始化称对象一的状态
CExample theObjtwo=theObjone;
...
}
语句"CExample theObjtwo=theObjone;"用theObjone初始化theObjtwo。

其完成方式是内存拷贝，复制所有成员的值。

完成后，theObjtwo.pBuffer==theObjone.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来避免此类情况。

回顾以下此语句的具体过程:首先建立对象theObjtwo，并调用其构造函数，然后成员被拷贝。

可以在构造函数中添加操作来解决指针成员的问题。

所以C++语法中除了提供缺省形式的构造函数外，还规范了另一种特殊的构造函数：拷贝构造函数，上面的语句中，如果类中定义了拷贝构造函数，这对象建立时，调用的将是拷贝构造函数，在拷贝构造函数中，可以根据传入的变量，复制指针所指向的资源。

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;}
~CExample(){delete pBuffer;}
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;
};

CExample::CExample(const CExample& RightSides) //拷贝构造函数的定义
{
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，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。

拷贝构造函数的另一种调用。

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);

testfunc(theObjone); //对象直接作为参数。

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
}
还有一种情况，也是与临时对象有关的

当函数中的局部对象被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

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 theObjone;
theObjone.Init(40);

CExample theObjthree;
theObjthree.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。
theObjthree=theObjone; //对一个以存在的对象赋值
return 0;
}
也用到了"="号，但与"一、"中的例子并不同，"一、"的例子中，"="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 theObjone(theObjtwo);

而本例子中，"="表示赋值操作。将对象theObjone的内容复制到对象theObjthree;，这其中涉及到对象theObjthree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（delete）。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
{
...
CExample(const CExample&); //拷贝构造函数
CExample& operator = (const CExample&); //赋值符重载
...
};
//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"="
}
----------------------------------------------------------------------------------
如果不主动编写拷贝构造函数和赋值函数，编译器将以“位拷贝”的方式自动生成缺省的函数。倘若类中含有指针变量，那么这两个缺省的函数就隐
含了错误。
以类String 的两个对象a,b 为例，假设a.m_data 的内容为“hello”，b.m_data 的内容为“world”。
现将a 赋给b，缺省赋值函数的“位拷贝”意味着执行b.m_data = a.m_data。
这将造成三个错误：
1） b.m_data 原有的内存没被释放，造成内存泄露；
2） b.m_data 和a.m_data 指向同一块内存，a 或b 任何一方变动都会影响另一方；
3） 在对象被析构时，m_data 被释放了两次。
类String 的拷贝构造函数与赋值函数

// 拷贝构造函数
String::String(const String &other)
{
// 允许操作other 的私有成员m_data
int length = strlen(other.m_data);
m_data = new char[length+1];
strcpy(m_data, other.m_data);
}
// 赋值函数
String & String::operate =(const String &other)
{
// (1) 检查自赋值
if(this == &other)
return *this;
// (2) 释放原有的内存资源
delete [] m_data;
// （3）分配新的内存资源，并复制内容
int length = strlen(other.m_data);
m_data = new char[length+1];
strcpy(m_data, other.m_data);
// （4）返回本对象的引用
return *this;
}
类String 拷贝构造函数与普通构造函数的区别是：在函数入口处无
需与NULL 进行比较，这是因为“引用”不可能是NULL，而“指针”可以为NULL。
类String 的赋值函数比构造函数复杂得多，分四步实现：
（1）第一步，检查自赋值。你可能会认为多此一举，难道有人会愚蠢到写出 a = a 这
样的自赋值语句！的确不会。但是间接的自赋值仍有可能出现，例如
// 内容自赋值
b = a;
…
c = b;
…
a = c;

// 地址自赋值
b = &a;
…
a = *b;
也许有人会说：“即使出现自赋值，我也可以不理睬，大不了化点时间让对象复制自己而已，反正不会出错！”
他真的说错了。看看第二步的delete，自杀后还能复制自己吗？所以，如果发现自赋值，应该马上终止函数。注意不要将检查自赋值的if 语句
if(this == &other)
错写成为
if( *this == other)
（2）第二步，用delete 释放原有的内存资源。如果现在不释放，以后就没机会了，将造成内存泄露。
（3）第三步，分配新的内存资源，并复制字符串。注意函数strlen 返回的是有效字符串长度，不包含结束符‘\0’。函数strcpy 则连‘\0’一起复制。
（4）第四步，返回本对象的引用，目的是为了实现象 a = b = c 这样的链式表达。注意不要将 return *this 错写成 return this 。那么能否写成return other 呢？效果
不是一样吗？
不可以！因为我们不知道参数other 的生命期。有可能other 是个临时对象，在赋值结束后它马上消失，那么return other 返回的将是垃圾。


偷懒的办法处理拷贝构造函数与赋值函数

如果我们实在不想编写拷贝构造函数和赋值函数，又不允许别人使用编译器生成的缺省函数，怎么办？
偷懒的办法是：只需将拷贝构造函数和赋值函数声明为私有函数，不用编写代码。
例如：
class A
{ …
private:
A(const A &a); // 私有的拷贝构造函数
A & operate =(const A &a); // 私有的赋值函数
};
如果有人试图编写如下程序：
A b(a); // 调用了私有的拷贝构造函数
b = a; // 调用了私有的赋值函数
编译器将指出错误，因为外界不可以操作A 的私有函数。

转载结束，以下是个人总结
其实在拷贝构造函数使用最多的地方函数调用与返回，要注意的是什么时候会使用拷贝构造函数，在对象参数传入时，还有就是对象返回时，其实都会建立一个拷贝，其实也就默认调用了拷贝构造函数。这点是需要注意的。
C++的确很烦，特别是面向对象。