C++拷贝构造函数(深拷贝，浅拷贝)

http://www.cnblogs.com/BlueTzar/articles/1223313.html

对于普通类型的对象来说，它们之间的复制是很简单的，例如：

int a=88;

int b=a;

而类对象与普通对象不同，类对象内部结构一般较为复杂，存在各种成员变量。下面看一个类对象拷贝的简单例子。


#include <iostream>


using namespace std;




class CExample {


private:


　int a;


public:


　CExample(int b)


　{ a=b;}


　void Show ()


　{


cout<<a<<endl;


}


};




int main()


{


　CExample A(100);


　CExample B=A;


　B.Show ();


　return 0;


}
运行程序，屏幕输出100。从以上代码的运行结果可以看出，系统为对象B分配了内存并完成了与对象A的复制过程。就类对象而言，相同类型的类对象是通过拷贝构造函数来完成整个复制过程的。下面举例说明拷贝构造函数的工作过程。


#include <iostream>


using namespace std;




class CExample {


private:


int a;


public:


CExample(int b)


{ a=b;}




CExample(const CExample& C)


{


a=C.a;


}


void Show ()


{


cout<<a<<endl;


}


};




int main()


{


CExample A(100);


CExample B=A;


B.Show ();


return 0;


}
CExample(const CExample&
C)就是我们自定义的拷贝构造函数。可见，拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，函数的名称必须和类名称一致，它的唯一的一个参数是本类型的一个引用变量，该参数是const类型，不可变的。例如：类X的拷贝构造函数的形式为X(X& x)。
当用一个已初始化过了的自定义类类型对象去初始化另一个新构造的对象的时候，拷贝构造函数就会被自动调用。也就是说，当类的对象需要拷贝时，拷贝构造函数将会被调用。以下情况都会调用拷贝构造函数：

一个对象以值传递的方式传入函数体

一个对象以值传递的方式从函数返回

一个对象需要通过另外一个对象进行初始化。
如果在类中没有显式地声明一个拷贝构造函数，那么，编译器将会自动生成一个默认的拷贝构造函数，该构造函数完成对象之间的位拷贝。位拷贝又称浅拷贝，后面将进行说明。
自定义拷贝构造函数是一种良好的编程风格，它可以阻止编译器形成默认的拷贝构造函数，提高源码效率。

浅拷贝和深拷贝
　　在某些状况下，类内成员变量需要动态开辟堆内存，如果实行位拷贝，也就是把对象里的值完全复制给另一个对象，如A=B。这时，如果B中有一个成员变量指针已经申请了内存，那A中的那个成员变量也指向同一块内存。这就出现了问题：当B把内存释放了（如：析构），这时A内的指针就是野指针了，出现运行错误。
　　深拷贝和浅拷贝可以简单理解为：如果一个类拥有资源，当这个类的对象发生复制过程的时候，资源重新分配，这个过程就是深拷贝，反之，没有重新分配资源，就是浅拷贝。下面举个深拷贝的例子。
#include <iostream>

using namespace std;

class CA

{

　public:

　　CA(int b,char* cstr)

　　{

　　　a=b;

　　　str=new char;

　　　strcpy(str,cstr);

　　}

　　CA(const CA& C)

　　{

　　　a=C.a;

　　　str=new char[a]; //深拷贝

　　　if(str!=0)

　　　　strcpy(str,C.str);

　　}

　　void Show()

　　{

　　　cout<<str<<endl;

　　}

　　~CA()

　　{

　　　delete str;

　　}

　private:

　　int a;

　　char *str;

};

int main()

{

　CA A(10,"Hello!");

　CA B=A;

　B.Show();

　return 0;

}

深拷贝和浅拷贝的定义可以简单理解成：如果一个类拥有资源(堆，或者是其它系统资源)，当这个类的对象发生复制过程的时候，这个过程就可以叫做深拷贝，反之对象存在资源，但复制过程并未复制资源的情况视为浅拷贝。

浅拷贝资源后在释放资源的时候会产生资源归属不清的情况导致程序运行出错。

Test(Test &c_t)是自定义的拷贝构造函数，拷贝构造函数的名称必须与类名称一致，函数的形式参数是本类型的一个引用变量,且必须是引用。

当用一个已经初始化过了的自定义类类型对象去初始化另一个新构造的对象的时候，拷贝构造函数就会被自动调用，如果你没有自定义拷贝构造函数的时候，系统将会提供给一个默认的拷贝构造函数来完成这个过程，上面代码的复制核心语句就是通过Test(Test &c_t)拷贝构造函数内的p1=c_t.p1;语句完成的。
http://blog.csdn.net/bluescorpio/article/details/4322682
C++中对象的复制就如同“克隆”，用一个已有的对象快速地复制出多个完全相同的对象。一般而言，以下三种情况都会使用到对象的复制：

（1）建立一个新对象，并用另一个同类的已有对象对新对象进行初始化，例如：

[b][cpp] view plaincopy

class Rect

{
private:

int width;

int height;

};

Rect rect1;
Rect rect2(rect1); // 使用rect1初始化rect2，此时会进行对象的复制

（2）当函数的参数为类的对象时，这时调用此函数时使用的是值传递，也会产生对象的复制，例如：

[cpp] view plaincopy

void fun1(Rect rect)

{
...
}

int main()

{
Rect rect1;
fun1(rect1); // 此时会进行对象的复制

return 0;

}

（3）函数的返回值是类的对象时，在函数调用结束时，需要将函数中的对象复制一个临时对象并传给改函数的调用处，例如：

[cpp] view plaincopy

Rect fun2()
{
Rect rect;
return rect;

}

int main()

{
Rect rect1;
rect1=fun2();
// 在fun2返回对象时，会执行对象复制，复制出一临时对象，

// 然后将此临时对象“赋值”给rect1

return 0;

}

对象的复制都是通过一种特殊的构造函数来完成的，这种特殊的构造函数就是拷贝构造函数（copy constructor，也叫复制构造函数）。拷贝构造函数在大多数情况下都很简单，甚至在我们都不知道它存在的情况下也能很好发挥作用，但是在一些特殊情况下，特别是在对象里有动态成员的时候，就需要我们特别小心地处理拷贝构造函数了。下面我们就来看看拷贝构造函数的使用。
一、默认拷贝构造函数
很多时候在我们都不知道拷贝构造函数的情况下，传递对象给函数参数或者函数返回对象都能很好的进行，这是因为编译器会给我们自动产生一个拷贝构造函数，这就是“默认拷贝构造函数”，这个构造函数很简单，仅仅使用“老对象”的数据成员的值对“新对象”的数据成员一一进行赋值，它一般具有以下形式：

[cpp] view plaincopy

Rect::Rect(const Rect& r)

{
width = r.width;
height = r.height;
}

当然，以上代码不用我们编写，编译器会为我们自动生成。但是如果认为这样就可以解决对象的复制问题，那就错了，让我们来考虑以下一段代码：

[cpp] view plaincopy

class Rect

{
public:
Rect() // 构造函数，计数器加1

{
count++;
}
~Rect() // 析构函数，计数器减1

{
count--;
}
static int getCount() // 返回计数器的值

{
return count;

}
private:

int width;

int height;

static int count; // 一静态成员做为计数器

};

int Rect::count = 0; // 初始化计数器

int main()

{
Rect rect1;
cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;

Rect rect2(rect1); // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象

cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;

return 0;

}

这段代码对前面的类进行了一下小小的修改，加入了一个静态成员，目的是进行计数，统计创建的对象的个数，在每个对象创建时，通过构造函数进行递增，在销毁对象时，通过析构函数进行递减。在主函数中，首先创建对象rect1，输出此时的对象个数，然后使用rect1复制出对象rect2，再输出此时的对象个数，按照理解，此时应该有两个对象存在，但实际程序运行时，输出的都是1，反应出只有1个对象。此外，在销毁对象时，由于会调用销毁两个对象，类的析构函数会调用两次，此时的计数器将变为负数。出现这些问题最根本就在于在复制对象时，计数器没有递增，解决的办法就是重新编写拷贝构造函数，在拷贝构造函数中加入对计数器的处理，形成的拷贝构造函数如下：

[cpp] view plaincopy

class Rect

{
public:
Rect() // 构造函数，计数器加1

{
count++;
}
Rect(const Rect& r) // 拷贝构造函数

{
width = r.width;
height = r.height;
count++; // 计数器加1

}
~Rect() // 析构函数，计数器减1

{
count--;
}
static int getCount() // 返回计数器的值

{
return count;

}
private:

int width;

int height;

static int count; // 一静态成员做为计数器

};

自己编写拷贝构造函数又可以分为两种情况——浅拷贝与深拷贝。

二、浅拷贝
所谓浅拷贝，指的是在对象复制时，只是对对象中的数据成员进行简单的赋值，上面的例子都是属于浅拷贝的情况，默认拷贝构造函数执行的也是浅拷贝。大多情况下“浅拷贝”已经能很好地工作了，但是一旦对象存在了动态成员，那么浅拷贝就会出问题了，让我们考虑如下一段代码：

[cpp] view plaincopy

class Rect

{
public:
Rect() // 构造函数，p指向堆中分配的一空间

{
p = new int(100);

}
~Rect() // 析构函数，释放动态分配的空间

{
if(p != NULL)

{
delete p;

}
}
private:

int width;

int height;

int *p; // 一指针成员

};

int main()

{
Rect rect1;
Rect rect2(rect1); // 复制对象

return 0;

}

在这段代码运行结束之前，会出现一个运行错误。原因就在于在进行对象复制时，对于动态分配的内容没有进行正确的操作。我们来分析一下：
在运行定义rect1对象后，由于在构造函数中有一个动态分配的语句，因此执行后的内存情况大致如下：



在使用rect1复制rect2时，由于执行的是浅拷贝，只是将成员的值进行赋值，所以此时rect1.p和rect2.p具有相同的值，也即这两个指针指向了堆里的同一个空间，如下图所示：



当然，这不是我们所期望的结果，在销毁对象时，两个对象的析构函数将对同一个内存空间释放两次，这就是错误出现的原因。我们需要的不是两个p有相同的值，而是两个p指向的空间有相同的值，解决办法就是使用“深拷贝”。

三、深拷贝
在“深拷贝”的情况下，对于对象中动态成员，就不能仅仅简单地赋值了，而应该重新动态分配空间，如上面的例子就应该按照如下的方式进行处理：

[cpp] view plaincopy

class Rect

{
public:
Rect() // 构造函数，p指向堆中分配的一空间

{
p = new int(100);

}
Rect(const Rect& r)

{
width = r.width;
height = r.height;
p = new int; // 为新对象重新动态分配空间

*p = *(r.p);
}
~Rect() // 析构函数，释放动态分配的空间

{
if(p != NULL)

{
delete p;

}
}
private:

int width;

int height;

int *p; // 一指针成员

};

此时，在完成对象的复制后，内存的一个大致情况如下：



此时rect1的p和rect2的p各自指向一段内存空间，但它们指向的空间具有相同的内容，这就是所谓的“深拷贝”。
此外，在与“对象的复制”很类似的“对象的赋值”的情况下，也会出现同样的问题。在“对象的赋值”一文中再来讨论此问题。
通过对对象复制的分析，我们发现对象的复制大多在进行“值传递”时发生，这里有一个小技巧可以防止按值传递——声明一个私有拷贝构造函数。甚至不必去定义这个拷贝构造函数，这样因为拷贝构造函数是私有的，如果用户试图按值传递或函数返回该类对象，将得到一个编译错误，从而可以避免按值传递或返回对象。