C++类和对象进阶：拷贝构造函数深度详解

拷贝构造函数

前言

上文中详解了构造函数和析构函数，本文详解类的六个默认成员函数中的第三个，拷贝构造函数，并辨析区分深拷贝与浅拷贝。

引入

在现实生活中，可能存在一个与你一样的自己，我们称其为双胞胎。

那在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢？

答案当然是有的, 拷贝构造函数就是来完成这一工作的。

拷贝构造函数

拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。

特征

1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
2. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。

//拷贝构造函数实例
class Date {
private:int _year;int _month;int _day;
public:Date(int year = 2024, int month = 10, int day = 28) {_year = year;_month = month;_day = day;}//拷贝构造函数实例Date(const Date& date) {	_year = date._year;_month = date._month;_day = date._day;}
};int main(){Date d1(2025, 2, 8);Date d2(d1);	//调用拷贝构造函数，用已有对象初始化新的对象
}

拷贝构造函数建议参数加上const

Date(const Date& date) {	//const 是为了防止别人写错，防止别人写成以下代码date._year = _year;		//不仔细看真看不出来，赔了夫人又折兵，会出现随机值date._month = _month;date._day = _day;
}

• 不加const可能会出现随机值。

拷贝构造函数参数传值会引发无穷递归的解释

解释前，我们需要明晰该概念： 函数调用前，需要先传参。
**C++**中传参时有如下要求：

1. 内置类型，无要求，直接拷贝；
2. 自定义类型，值传参，必须调用其拷贝构造函数
   

内置类型传参拷贝

C++内置类型拷贝

我们可以看到，

自定义类型传参拷贝

C++自定义类型拷贝

我们可以看到：

• 内置类型作为参数时，调用函数会直接进入函数内。。
• 自定义类型作为参数时，调用函数，会先调用其拷贝构造函数来拷贝。

此时再来看，若拷贝构造函数为值传递：

Date(const Date date) {		//下面解释会无穷递归调用_year = date._year;_month = date._month;_day = date._day;
}

详细解释

栈帧基本概念

• 栈帧（Stack Frame）： 当一个函数被调用时，程序会为这个函数分配一个栈帧，其中存放了函数的参数、局部变量、返回地址等信息。
• 函数调用和返回： 每当一个函数调用完成后，其对应的栈帧会被释放。如果函数不断调用自身（递归），每次调用都会在栈上分配一个新的栈帧。如果没有合适的终止条件，栈帧会不断累积，最终导致栈空间耗尽（栈溢出）。

执行语句Date d2(d1)时，流程如下：

1. Date d2(d1)，执行该语句，参数列表匹配，会调用其拷贝构造函数，构造函数会创建一个栈帧，栈帧内空间存放有形参date。
2. 形参date是实参d1的一份拷贝，拷贝时会调用Date的拷贝构造函数，而拷贝构造函数Date(const Date date)，参数为自定义类型的值传递，自定义类型的值传递，同样会创建栈帧并调用其拷贝构造函数。
3. 拷贝构造函数继续传值引发对象的拷贝，之后会层层传值引发对象的拷贝的递归调用。

总结：调用 Date d2(d1)时，新分配一个拷贝构造函数的栈帧，同时栈帧内创建参数的副本，创建参数的副本时又不断分配新的栈帧，层层嵌套，无法返回，直至栈空间耗尽。

编译器生成的默认拷贝构造函数

若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。 默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。

默认构造函数做了什么？

• 对内置类型成员完成,，值拷贝/浅拷贝
• 对自定义类型，调用各自的拷贝构造函数，如果自定义类型没有拷贝构造函数，则值拷贝。

//默认拷贝构造函数
class Date_1 {
private:int _year;int _month;int _day;
public:Date_1(int year = 2024, int month = 10, int day = 28) {this->_year = year;this->_month = month;this->_day = day;}/*Date_1(const Date_1& date) {this->_year = date._year;this->_month = date._month;this->_day = date._day;}*/
};
int main() {Date_1 d1(2025, 6, 6);Date_1 d2(d1);return 0;
}

可以看到，编译器自动生成的默认拷贝构造函数，可以完成Date_1(类内均为自定义类型)的拷贝。

深拷贝与浅拷贝

再看如下代码：

class Stack {
private:int* _base = nullptr;	//C++11支持的成员变量缺省值int _top = 0;int _capacity = 0;
public:Stack(int defaultCapacity = 4) {this->_base = (int*)malloc(sizeof(int) * defaultCapacity);if (this->_base == nullptr) {perror("malloc failed\n");return;}this->_capacity = defaultCapacity;this->_top = 0;}~Stack() {cout << " ~Stack" << endl;free(this->_base);this->_base = nullptr;this->_capacity = 0;this->_top = 0;}
};
int main(){Stack st1;Stack st2(st1);return 0;	
}

运行结果如下：

这是为什么呢？原因就是浅拷贝的危害

• 值拷贝(浅拷贝)存在问题，值拷贝时，由于只是简单的值拷贝，导致两个栈类对象中，两个指针存下了同一块空间的地址。
  

• 析构函数完成的是对象中资源空间的清理和释放。可以看到，当两个栈对象的生命周期结束时，析构函数会调用了两次，那也就是说，会对同一块空间析构(释放)两次，这是这便是引发错误的原因。

• 隐患，由于两块空间的地址相同，我们对对象st1进行push操作时，也会改变对象st2中的值，这并不是我们所希望的。因此我们应该在此类场景中避免浅拷贝。

此类对象的拷贝构造函数需要实现深拷贝！

简单实现一个深拷贝。

//在拷贝构造函数中简单实现一个深拷贝  st2(st1)
Stack(const Stack& stack) {this->_base = (int*)malloc(sizeof(int) * stack._capacity);if (this->_base == nullptr) {perror("malloc failed\n");return;}memcpy(this->_base, stack._base, sizeof(int) * stack._top);this->_top = stack._top;this->_capacity = stack._capacity;
}

可以看到，实现深拷贝后，程序正常返回。

深浅拷贝总结

• 类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；主要是要防止浅拷贝后，两个对象内的成员指针指向同一块空间。
• 一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，且要实现深拷贝，否则就是浅拷贝。

拷贝构造函数典型使用场景

拷贝构造函数典型调用场景：

使用已存在的对象创建新对象。

Date d1(2025, 2, 11);
Date d2(d1);	//调用拷贝构造函数

• 其作用是通过深拷贝或浅拷贝初始化一个新对象为已有对象的副本。。

函数参数类型为类类型对象。

Date Test(Date d);	//自定义类型传参时，必须调用其拷贝构造

• 以值方式传递参数时，会调用一次拷贝构造函数创建形参d，存放在函数栈帧中。

函数返回值类型为类类型对象。

Date Test(Date d) {Date temp(d);	//使用已存在对象创建新对象return temp;	//返回式
}

• 函数返回temp时，若未启用返回值优化（RVO），会调用拷贝构造函数生成临时对象

总结需要实现拷贝构造的场景

声明：在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。
因此：

• 类中如果没有涉及资源申请时(如堆区的内存)，拷贝构造函数是否写都可以；
• 一旦涉及到资源申请时(开辟了堆区的空间)，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。

文章到此结束啦，以上便是要介绍的关于拷贝构造函数的所有内容。欢迎各位大佬在评论区讨论交流，如果觉得文章写的不错，还请留下免费的赞和收藏！