C++学习笔记十三-复制控制

复制构造函数、赋值操作符和析构函数总称为复制控制。编译器自动实现这些操作，但类也可以定义自己的版本。

一、概述:  每种类型，无论是内置类型还是类类型，都对该类型对象的一组（可能为空的）操作的含义进行了定义。比如，我们可以将两个 int 值相加，运行 vector 对象的 size 操作，等等。这些操作定义了用给定类型的对象可以完成什么任务。

当定义一个新类型的时候，需要显式或隐式地指定复制、赋值和撤销该类型的对象时会发生什么——这是通过定义特殊成员：复制构造函数、赋值操作符和析构函数来达到的。如果没有显式定义复制构造函数或赋值操作符，编译器（通常）会为我们定义。

     1.复制构造函数是一种特殊构造函数，具有单个形参，该形参（常用 const 修饰）是对该类类型的引用。当定义一个新对象并用一个同类型的对象对它进行初始化时，将显式使用复制构造函数。当将该类型的对象传递给函数或函数返回该类型的对象时，将隐式使用复制构造函数。

     2.析构函数是构造函数的互补：当对象超出作用域或动态分配的对象被删除时，将自动应用析构函数。析构函数可用于释放对象时构造或在对象的生命期中所获取的资源。不管类是否定义了自己的析构函数，编译器都自动执行类中非 static 数据成员的析构函数。

     3.赋值操作符。与构造函数一样，赋值操作符可以通过指定不同类型的右操作数而重载。右操作数为类类型的版本比较特殊：如果我们没有编写这种版本，编译器将为我们合成一个。

     4.通常，编译器合成的复制控制函数是非常精练的——它们只做必需的工作。但对某些类而言，依赖于默认定义会导致灾难。实现复制控制操作最困难的部分，往往在于识别何时需要覆盖默认版本。有一种特别常见的情况需要类定义自己的复制控制成员的：类具有指针成员。

 

二、复制构造函数：只有单个形参，而且该形参是对本类类型对象的引用（常用 const 修饰），这样的构造函数称为复制构造函数。

      1.与默认构造函数一样，复制构造函数可由编译器隐式调用。复制构造函数可用于：

         A.根据另一个同类型的对象显式或隐式初始化一个对象。

         B.复制一个对象，将它作为实参传给一个函数。

         C.从函数返回时复制一个对象。

         D.初始化顺序容器中的元素。

         E.根据元素初始化式列表初始化数组元素。

 

      2.对象的定义形式:C++ 支持两种初始化形式：直接初始化和复制初始化。复制初始化使用 = 符号，而直接初始化将初始化式放在圆括号中。

      A.当用于类类型对象时，初始化的复制形式和直接形式有所不同：直接初始化直接调用与实参匹配的构造函数，复制初始化总是调用复制构造函数。复制初始化首先使用指定构造函数创建一个临时对象，然后用复制构造函数将那个临时对象复制到正在创建的对象：

string null_book = "9-999-99999-9"; // copy-initialization
string dots(10, '.');               // direct-initialization
string empty_copy = string();       // copy-initialization
string empty_direct;                // direct-initialization

     创建 dots 时，调用参数为一个数量和一个字符的 string 构造函数并直接初始化 dots 的成员。创建 null_book 时，编译器首先调用接受一个 C 风格字符串形参的 string 构造函数，创建一个临时对象，然后，编译器使用 string 复制构造函数将 null_book 初始化为那个临时对象的副本。

      3.形参与返回值:正如我们所知，当形参为非引用类型的时候，将复制实参的值。类似地，以非引用类型作返回值时，将返回 return 语句 中的值的副本.

      4.复制构造函数可用于初始化顺序容器中的元素。例如，可以用表示容量的单个形参来初始化容器。容器的这种构造方式使用默认构造函数和复制构造函数：

// default string constructor and five string copy constructors invoked
vector<string> svec(5);

     编译器首先使用 string 默认构造函数创建一个临时值来初始化 svec，然后使用复制构造函数将临时值复制到 svec 的每个元素。

      5.构造函数与数组元素:

如果没有为类类型数组提供元素初始化式，则将用默认构造函数初始化每个元素。然而，如果使用常规的花括号括住的数组初始化列表来提供显式元素初始化式，则使用复制初始化来初始化每个元素。根据指定值创建适当类型的元素，然后用复制构造函数将该值复制到相应元素：

Sales_item primer_eds[] = { string("0-201-16487-6"),
string("0-201-54848-8"),
string("0-201-82470-1"),
Sales_item()
};
事实证明,编译器优化了上述代码,并不会调用复制构造函数.而是直接把产生的临时对象放到数组中.如果改成下面这样,则调用复制构造函数:

        Sales_item s;

        Sale_items[]={

                  string("0-201-16487-6"),

                  string("0-201-54848-8"),

                  s,

                  s

                };

       6.合成的复制构造函数:如果我们没有定义复制构造函数，编译器就会为我们合成一个。与合成的默认构造函数不同，即使我们定义了其他构造函数，也会合成复制构造函数。合成复制构造函数的行为是，执行逐个成员初始化，将新对象初始化为原对象的副本。

        A.所谓“逐个成员”，指的是编译器将现在对象的每个非 static 成员，依次复制到正创建的对象。只有一个例外，每个成员搂类型决定了复制该成员的含义。合成复制构造函数直接复制内置类型成员的值，类类型成员使用该类的复制构造函数进行复制。数组成员的复制是个例外。虽然一般不能复制数组，但如果一个类具有数组成员，则合成复制构造函数将复制数组。复制数组时合成复制构造函数将复制数组的每一个元素。

       B.逐个成员初始化最简单的概念模型是，将合成复制构造函数看作这样一个构造函数：其中每个数据成员在构造函数初始化列表中进行初始化。

       7.制构造函数就是接受单个类类型引用形参（通常用 const 修饰）的构造函数：

class Foo {
public:
Foo();           // default constructor
Foo(const Foo&); // copy constructor
// ...
};

      对许多类而言，合成复制构造函数只完成必要的工作。只包含类类型成员或内置类型（但不是指针类型）成员的类，无须显式地定义复制构造函数，也可以复制。

      然而，有些类必须对复制对象时发生的事情加以控制。这样的类经常有一个数据成员是指针，或者有成员表示在构造函数中分配的其他资源。而另一些类在创建新对象时必须做一些特定工作。这两种情况下，都必须定义复制构造函数。

      通常，定义复制构造函数最困难的部分在于认识到需要复制构造函数。只要能认识到需要复制构造函数，定义构造函数一般非常简单。复制构造函数的定义与其他构造函数一样：它与类同名，没有返回值，可以（而且应该）使用构造函数初始化列表初始化新创建对象的成员，可以在函数体中做任何其他必要工作。

       8.禁止复制:有些类需要完全禁止复制。例如，iostream 类就不允许复制.如果想要禁止复制，似乎可以省略复制构造函数，然而，如果不定义复制构造函数，编译器将合成一个。为了防止复制，类必须显式声明其复制构造函数为 private。如果复制构造函数是私有的，将不允许用户代码复制该类类型的对象，编译器将拒绝任何进行复制的尝试。然而，类的友元和成员仍可以进行复制。如果想要连友元和成员中的复制也禁止，就可以声明一个（private）复制构造函数但不对其定义。声明而不定义成员函数是合法的，但是，使用未定义成员的任何尝试将导致链接失败。通过声明（但不定义）private 复制构造函数，可以禁止任何复制类类型对象的尝试：用户代码中复制尝试将在编译时标记为错误，而成员函数和友元中的复制尝试将在链接时导致错误。

       9.大多数类应定义复制构造函数和默认构造函数:不定义复制构造函数和／或默认构造函数，会严重局限类的使用。不允许复制的类对象只能作为引用传递给函数或从函数返回，它们也不能用作容器的元素。

         一般来说，最好显式或隐式定义默认构造函数和复制构造函数。只有不存在其他构造函数时才合成默认构造函数。如果定义了复制构造函数，也必须定义默认构造函数。

三、赋值操作符

     1.与类要控制初始化对象的方式一样，类也定义了该类型对象赋值时会发生什么：

Sales_item trans, accum;
trans = accum;

        与复制构造函数一样，如果类没有定义自己的赋值操作符，则编译器会合成一个。

     2.介绍重载赋值：

        A.重载操作符是一些函数，其名字为 operator 后跟着所定义的操作符的符号。因此，通过定义名为 operator= 的函数，我们可以对赋值进行定义。像任何其他函数一样，操作符函数有一个返回值和一个形参表。形参表必须具有与该操作符数目相同的形参（如果操作符是一个类成员，则包括隐式 this 形参）。赋值是二元运算，所以该操作符函数有两个形参：第一个形参对应着左操作数，第二个形参对应右操作数。

       B.大多数操作符可以定义为成员函数或非成员函数。当操作符为成员函数时，它的第一个操作数隐式绑定到 this 指针。有些操作符（包括赋值操作符）必须是定义自己的类的成员。因为赋值必须是类的成员，所以 this 绑定到指向左操作数的指针。因此，赋值操作符接受单个形参，且该形参是同一类类型的对象。右操作数一般作为 const 引用传递。

       C.赋值操作符的返回类型应该与内置类型赋值运算返回的类型相同。内置类型的赋值运算返回对左操作数的引用，因此，赋值操作符也返回对同一类类型的引用。

     3.合成赋值操作符:合成赋值操作符与合成复制构造函数的操作类似。它会执行逐个成员赋值：右操作数对象的每个成员赋值给左操作数对象的对应成员。除数组之外，每个成员用所属类型的常规方式进行赋值。对于数组，给每个数组元素赋值。

     4.复制和赋值常一起使用:

        A.可以使用合成复制构造函数的类通常也可以使用合成赋值操作符。

        B.类也可以定义自己的赋值操作符。一般而言，如果类需要复制构造函数，它也会需要赋值操作符。实际上，就将这两个操作符看作一个单元。如果需要其中一个，我们几乎也肯定需要另一个。

 

四、析构函数

      1.构造函数的一个用途是自动获取资源。例如，构造函数可以分配一个缓冲区或打开一个文件，在构造函数中分配了资源之后，需要一个对应操作自动回收或释放资源。析构函数就是这样的一个特殊函数，它可以完成所需的资源回收，作为类构造函数的补充。

      2.何时调用析构函数：撤销类对象时会自动调用析构函数：

// p points to default constructed object
Sales_item *p = new Sales_item;
{
// new scope
Sales_item item(*p);  // copy constructor copies *p into item
delete p;             // destructor called on object pointed to by p
}                         // exit local scope; destructor called on item

        变量（如 item）在超出作用域时应该自动撤销。因此，当遇到右花括号时，将运行 item 的析构函数。

     A.动态分配的对象只有在指向该对象的指针被删除时才撤销。如果没有删除指向动态对象的指针，则不会运行该对象的析构函数，对象就一直存在，从而导致内存泄漏，而且，对象内部使用的任何资源也不会释放。

     B.当对象的引用或指针超出作用域时，不会运行析构函数。只有删除指向动态分配对象的指针或实际对象（而不是对象的引用）超出作用域时，才会运行析构函数。

     3.撤销一个容器（不管是标准库容器还是内置数组）时，也会运行容器中的类类型元素的析构函数：

{
Sales_item *p = new Sales_item[10]; // dynamically allocated
vector<Sales_item> vec(p, p + 10);  // local object
// ...
delete [] p; // array is freed; destructor run on each element
}   // vec goes out of scope; destructor run on each element

   容器中的元素总是按逆序撤销：首先撤销下标为 size() - 1 的元素，然后是下标为 size() - 2 的元素……直到最后撤销下标为 [0] 的元素。

      4.何时编写显式析构函数:许多类不需要显式析构函数，尤其是具有构造函数的类不一定需要定义自己的析构函数。仅在有些工作需要析构函数完成时，才需要析构函数。析构函数通常用于释放在构造函数或在对象生命期内获取的资源。

         如果类需要析构函数，则它也需要赋值操作符和复制构造函数，这是一个有用的经验法则。这个规则常称为三法则，指的是如果需要析构函数，则需要所有这三个复制控制成员。

         析构函数并不仅限于用来释放资源。一般而言，析构函数可以执行任意操作，该操作是类设计者希望在该类对象的使用完毕之后执行的。

      5.合成析构函数:与复制构造函数或赋值操作符不同，编译器总是会为我们合成一个析构函数。合成析构函数按对象创建时的逆序撤销每个非 static 成员，因此，它按成员在类中声明次序的逆序撤销成员。对于类类型的每个成员，合成析构函数调用该成员的析构函数来撤销对象。

      6.如何编写析构函数:Sales_item 类是类没有分配资源因此不需要自己的析构函数的一个例子。分配了资源的类一般需要定义析构函数以释放那些资源。析构函数是个成员函数，它的名字是在类名字之前加上一个代字号（~），它没有返回值，没有形参。因为不能指定任何形参，所以不能重载析构函数。虽然可以为一个类定义多个构造函数，但只能提供一个析构函数，应用于类的所有对象。

     7.析构函数与复制构造函数或赋值操作符之间的一个重要区别是，即使我们编写了自己的析构函数，合成析构函数仍然运行。如果类定义了析构函数，则在类定义的析构函数结束之后运行合成析构函数。

例如，可以为 Sales_item: 类编写如下的空析构函数：

class Sales_item {
public:
// empty; no work to do other than destroying the members,
// which happens automatically
~Sales_item() { }
// other members as before
};

        撤销 Sales_item 类型的对象时，将运行这个什么也不做的析构函数，它执行完毕后，将运行合成析构函数以撤销类的成员。合成析构函数调用 string 析构函数来撤销 string 成员，string 析构函数释放了保存 isbn 的内存。units_sold 和 revenue 成员是内置类型，所以合成析构函数撤销它们不需要做什么。

分配内存或其他资源的类几乎总是需要定义复制控制成员来管理所分配的资源。如果一个类需要析构函数，则它几乎也总是需要定义复制构造函数和赋值操作符。