C++ Primer复制控制 13.1复制构造函数

※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。

※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。

13.1 复制构造函数

         ※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（第 7.3.2 节），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

         ※由于不能复制 IO 类型的对象（第 8.1 节），所以不能对那些类型的对象使用复制初始化。

         ※作为一般规则（第9.1.1 节），除非你想使用容器元素的默认初始值更有效的办法是，分配一个空容器并将已知元素的值加入容器。

         ※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，它必须的一个参数是本类型的一个引用变量。

 

         二.拷贝构造函数的调用时机:

         1.复制一个对象，将它作为实参传给一个函数。

         2.从函数返回时复制一个对象。

   3.根据另一个同类型的对象显式或隐式初始化一个对象。

         4.初始化顺序容器中的元素。

         5.根据元素初始化式列表初始化数组元素。

我们来看看前三种情况：

#include <iostream>
using namespace std;

/*******************************************************/
class CExample {
public:
/* 构造函数*/
explicit CExample(int b = 10);

/* 拷贝构造函数*/
CExample( const CExample &obj);

/* 析构函数*/
~CExample(){
cout<<"indelete function. member address:"<<&a<<endl;
}

/* 一般函数*/
void Show (){
cout<<a<<endl;
}
private:
int a;
};

CExample::CExample(int b ):a(b){
cout<<"memberaddress(in order to define which obj):"
<<&a<<endl;
}
CExample::CExample(const CExample &obj){
cout<<"in copyconstructor."<<endl;
a = obj.a;
}
/*******************************************************/

/* 1.传入的是对象,如果传入的是对象的引用，则不会调用拷贝构造函数 */
void glob_fun1(CExample C)
{
cout<<"inglob_fun1"<<endl;
}

/*2.从函数返回时复制一个对象。*/
CExample glob_fun2()
{
cout<<"inglob_fun1"<<endl;
CExample temp(0);
return temp;
}

/*******************************************************/

int main(){

CExample A;

/* 1. 对象以值传递的方式传入函数参数时，如何调用拷贝构造函数*/
//    glob_fun1(A);
/*
调用glob_fun1()时，会产生以下几个重要步骤：
(1).A对象传入形参时，会先会产生一个临时变量，就叫C 吧。
(2).然后调用拷贝构造函数把A的值给C。整个这两个步骤有点像：CExampleC(A);
(3).等glob_fun1()执行完后, 析构掉C 对象。
*/

/*2. 对象以值传递的方式从函数返回*/
//    glob_fun2();
/*
当g_Fun()函数执行到return时，会产生以下几个重要步骤：
(1). 先会产生一个临时变量，就叫XXXX吧。
(2). 然后调用拷贝构造函数把temp的值给XXXX。整个这两个步骤有点像：CExampleXXXX(temp);
(3). 在函数执行到最后先析构temp局部变量。
(4). 等g_Fun()执行完后再析构掉XXXX对象。
*/

/* 3.根据另一个同类型的对象显式或隐式初始化一个对象。
下面两句都会调用拷贝构造函数
*/
//    CExample B =A;
//    CExampleB(A);
cout<<"mainfun finished."<<endl;
return 0;
}

我们再看看这种情况：

CExample glob_fun3(CExample C)
{

cout<<"inglob_fun1"<<endl;
CExample D(C);
CExample E = D;
return E;
}

结果为：



分析结果我们可以看到：当在传入实参发生了复制（假设为C）， 在返回的时候就不会发生复制， 返回的的就是C了

※三. 浅拷贝和深拷贝
1.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：

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：

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，加入了一个静态成员，目的是进行计数。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。

说白了，就是拷贝构造函数没有处理静态数据成员。

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，我们重新编写拷贝构造函数，如下：

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
};

2.浅拷贝
    所谓浅拷贝，指的是在对象复制时，只对对象中的数据成员进行简单的赋值，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：

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，这时 rect1.p= rect2.p，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”。

3. 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：

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”。
 
※

※3. 防止默认拷贝发生

    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。

// 防止按值传递
class CExample
{
private:
int a;

public:
//构造函数
CExample(int b)
{
a = b;
cout<<"creat: "<<a<<endl;
}

private:
//拷贝构造，只是声明
CExample(const CExample& C);

public:
~CExample()
{
cout<< "delete: "<<a<<endl;
}

void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};

//全局函数
void g_Fun(CExample C)
{
cout<<"test"<<endl;
}

int main()
{
CExample test(1);
//g_Fun(test); 按值传递将出错

return 0;
}

四.拷贝构造函数的几个细节
1. 拷贝构造函数里能调用private成员变量吗?

解答：这个问题是在网上见的，当时一下子有点晕。其时从名子我们就知道拷贝构造函数其时就是一个特殊的构造函数，操作的还是自己类的成员变量，所以不受private的限制。
 
2. 以下函数哪个是拷贝构造函数,为什么?

X::X(const X&);
X::X(X);
X::X(X&, int a=1);
X::X(X&, int a=1, int b=2);

解答：对于一个类X, 如果一个构造函数的第一个参数是下列之一:

a) X&

b) const X&

c) volatile X&

d) const volatile X&

且没有其他参数或其他参数都有默认值,那么这个函数是拷贝构造函数.

X::X(const X&);  //是拷贝构造函数
X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数
X::X(X&, int a=1, int b=2); //当然也是拷贝构造函数

3. 一个类中可以存在多于一个的拷贝构造函数吗?

解答：类中可以存在超过一个拷贝构造函数。

class X {
public:
X(const X&);      // const 的拷贝构造
X(X&);            // 非const的拷贝构造
};

注意,如果一个类中只存在一个参数为 X& 的拷贝构造函数,那么就不能使用const X或volatile X的对象实行拷贝初始化.

class X {
public:
X();
X(X&);
};

const X cx;
X x = cx;    // error

如果一个类中没有定义拷贝构造函数,那么编译器会自动产生一个默认的拷贝构造函数。

这个默认的参数可能为 X::X(const X&)或 X::X(X&),由编译器根据上下文决定选择哪一个。