【C++修行之道】类和对象（三）拷贝构造函数

目录

一、 概念

二、特征

 正确的拷贝构造函数写法：

拷贝函数的另一种写法 

三、若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。

四、编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己显式实现吗？

深拷贝的写法：

五、拷贝构造函数典型调用场景：

六、总结：

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一、 概念

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？
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。

二、特征

拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下： 

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。
3. 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。
4. 编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己显式实现吗？当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢？验证一下试试？
5. 拷贝构造函数典型调用场景：

• 使用已存在对象创建新对象
• 函数参数类型为类类型对象
• 函数返回值类型为类类型对象

class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}Date(const Date& d) // 正确写法{// this->_year = d._year;_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}Date(Date& d)// 错误写法： 它不能用于从常量对象或临时对象进行拷贝构造{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}Date(Date d)// 错误写法：编译报错，会引发无穷递归{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1;// 拷贝构造：用同类型的对象拷贝初始化Date d2(d1);return 0;
}

 正确的拷贝构造函数写法：

Date(const Date& d) // 正确写法
{// this->_year = d._year;_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;
}

这是正确的拷贝构造函数写法。它接受一个对Date类型的常量引用作为参数，这意味着它可以用于从常量对象、非常量对象甚至是临时对象进行拷贝构造。由于它的灵活性，这是最常用的拷贝构造函数定义方式。

	Date(Date& d){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}

• 不能接收常量对象：这个构造函数只接受非常量引用（Date&），这意味着你不能使用它来拷贝一个常量对象。如果试图这样做，编译器会报错，因为常量对象不能被非常量引用所绑定。
• 不能接收临时对象：在C++中，临时对象（也称为右值）经常出现在表达式中，例如函数返回值或者类型转换的结果。由于这个拷贝构造函数不接受右值引用或常量引用，因此它不能用于拷贝这些临时对象。
• 发生错误操作时没有报错：赋值反了

    Date(Date d)// 错误写法：编译报错，会引发无穷递归{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}

这个构造函数是错误的，会引发无穷递归。原因在于，当试图用这个构造函数创建一个Date对象时，它会尝试以值传递的方式接收一个Date对象作为参数。为了构造这个参数对象d，又需要调用拷贝构造函数，这会导致无限递归调用，最终耗尽栈空间并导致程序崩溃。 

class Date
{
public:Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}/*Date(Date& d){d._year = _year;d._month = _month;d._day = _day;}*/// Date d3(d2);//Date(const Date& d)//{//	// this->_year = d._year;//	_year = d._year;//	_month = d._month;//	_day = d._day;//}Date(Date* d){_year = d->_year;_month = d->_month;_day = d->_day;}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:// 给缺省值int _year = 1;int _month = 1;int _day = 1;
};typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 3){cout << "Stack(size_t capacity = 3)" << endl;_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);if (NULL == _array){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}// Stack st2 = st1;Stack(const Stack& st){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * st._capacity);if (NULL == _array){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}memcpy(_array, st._array, sizeof(DataType) * st._size);_size = st._size;_capacity = st._capacity;}void Push(DataType data){// CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}bool  Empty(){return _size == 0;}DataType Top(){return _array[_size - 1];}void Pop(){--_size;}// 其他方法...~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;if (_array){free(_array);_array = NULL;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};

拷贝函数的另一种写法 

int main()
{Date d2(2024, 4, 9);// 下面这两种写法是等价的Date d3(d2);Date d4 = d2; // 这也是拷贝构造d2.Print();d3.Print();//func(d2);/*Date d3(&d2);d3.Print();*/return 0;
}

三、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。

class Time
{
public:Time(){_hour = 1;_minute = 1;_second = 1;}Time(const Time& t){_hour = t._hour;_minute = t._minute;_second = t._second;cout << "Time::Time(const Time&)" << endl;}
private:int _hour;int _minute;int _second;
};
class Date
{
private:// 基本类型(内置类型)int _year = 1970;int _month = 1;int _day = 1;// 自定义类型Time _t;
};
int main()
{Date d1;// 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数// 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构造函数Date d2(d1);return 0;
}

在上述代码中，Date 类并没有显式定义拷贝构造函数。当代码中尝试通过已有的 Date 对象 d1 来拷贝构造一个新的 Date 对象 d2 时，由于没有找到用户定义的拷贝构造函数，编译器会自动为 Date 类生成一个默认的拷贝构造函数。

这个默认生成的拷贝构造函数会完成以下任务：

1. 对于基本数据类型成员：直接拷贝其值。在 Date 类中，_year、_month 和 _day 这三个整型成员变量会直接被赋值，即新对象 d2 的这些成员会获得与 d1 相同的值。
2. 对于自定义类型成员：调用该类型的拷贝构造函数。在 Date 类中，_t 是 Time 类型的成员变量。当默认拷贝构造函数被调用时，它会进一步调用 Time 类的拷贝构造函数来初始化新对象 d2 中的 _t 成员。这就是为什么在上述代码中，即使没有显式编写拷贝操作，仍然可以看到 Time 类的拷贝构造函数被调用的输出。

注意：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。

四、编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己显式实现吗？

尽管编译器生成的默认拷贝构造函数可以完成字节序的值拷贝，但在某些情况下，仍然需要自己显式实现拷贝构造函数。这主要是因为默认拷贝构造函数执行的是浅拷贝，它会拷贝对象的所有成员变量，但如果对象中包含指针或动态分配的资源（如使用 new 或 malloc 分配的内存），浅拷贝可能会导致问题。

当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢？验证一下试试？

// 这里会发现下面的程序会崩溃掉？这里就需要我们以后讲的深拷贝去解决。
typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 10){_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败");return;}_size = 0;_capacity = capacity;}void Push(const DataType& data){// CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}~Stack(){if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:DataType* _array;size_t _size;size_t _capacity;
};
int main()
{Stack s1;s1.Push(1);s1.Push(2);s1.Push(3);s1.Push(4);Stack s2(s1);return 0;
}

Stack s2(s1);

• 这里，试图用s1来初始化s2。由于没有为Stack类提供自定义的拷贝构造函数，编译器会使用默认的拷贝构造函数。这个默认的拷贝构造函数将s1的_array指针值直接拷贝给s2的_array，这意味着s1和s2的_array成员现在指向同一块内存地址。
• 当s1和s2的生命周期结束时，它们的析构函数都会被调用，并试图释放同一块内存，这会导致未定义行为，通常是程序崩溃，因为同一块内存被释放了两次（double free）。

 注意：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；一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。

深拷贝的写法：

class Date
{
public:Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}/*Date(Date& d){d._year = _year;d._month = _month;d._day = _day;}*/// Date d3(d2);//Date(const Date& d)//{//	// this->_year = d._year;//	_year = d._year;//	_month = d._month;//	_day = d._day;//}Date(Date* d){_year = d->_year;_month = d->_month;_day = d->_day;}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:// 给缺省值int _year = 1;int _month = 1;int _day = 1;
};typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 3){cout << "Stack(size_t capacity = 3)" << endl;_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);if (NULL == _array){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}_capacity = capacity;_size = 0; }// Stack st2 = st1;Stack(const Stack& st){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * st._capacity);if (NULL == _array){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}memcpy(_array, st._array, sizeof(DataType) * st._size);_size = st._size;_capacity = st._capacity;}void Push(DataType data){// CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}bool  Empty(){return _size == 0;}DataType Top(){return _array[_size - 1];}void Pop(){--_size;}// 其他方法...~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;if (_array){free(_array);_array = NULL;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};void func(Date& d)
{d.Print();
}class MyQueue 
{
private:Stack _st1;Stack _st2;int _size = 0;
};int main()
{Date d2(2024, 4, 9);Date d4 = d2; d4.Print();Stack st1(10);st1.Push(1);st1.Push(1);st1.Push(1);Stack st2 = st1;st2.Push(2);st2.Push(2);while (!st2.Empty()){cout << st2.Top() << " ";st2.Pop();}cout << endl;while (!st1.Empty()){cout << st1.Top() << " ";st1.Pop();}cout << endl;MyQueue q1;MyQueue q2(q1);return 0;
}

• 拷贝构造函数创建的对象：为新对象分配足够的内存空间来存储栈中的元素。内存的大小是根据原始对象的容量（_capacity）来计算的。使用memcpy函数将原始对象栈中的元素复制到新分配的内存中。将新对象的_size和_capacity设置为与原始对象相同的值。 
• MyQueue类中的成员变量：每个MyQueue对象都包含两个Stack对象，因此当q1和q2销毁时，它们的四个Stack成员变量（q1._st1, q1._st2, q2._st1, q2._st2）也会被销毁，每个Stack成员的析构函数都会被调用。这里增加了4次析构函数的调用。
• 有一点需要注意：如果MyQueue类没有定义拷贝构造函数，并且默认使用了浅拷贝（即只拷贝成员变量的值，而不是它们所指向的内容），那么q2中的_st1和_st2实际上只是q1中对应成员的简单复制（指针或引用的复制）。在这种情况下，析构函数的调用次数可能会少于6次，因为多个对象可能共享相同的资源。但在上述代码中，我们假设MyQueue的拷贝构造函数进行了深拷贝，即创建了Stack对象的独立副本，因此每个Stack对象都有自己的生命周期，并在结束时调用析构函数。

五、拷贝构造函数典型调用场景：

• 使用已存在对象创建新对象
• 函数参数类型为类类型对象
• 函数返回值类型为类类型对象

class Date
{
public:Date(int year, int month, int day){cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;}Date(const Date& d){cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;}~Date(){cout << "~Date():" << this << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
Date Test(Date d)
{Date temp(d);return temp;
}
int main()
{Date d1(2022, 1, 13);Test(d1);return 0;
}

 构造函数 Date(int year, int month, int day) 

    Date(int year, int month, int day){cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;}

拷贝构造函数 Date(const Date& d)

当创建一个已存在Date对象的副本时会调用它。同样，当这个构造函数被调用时，会打印一条消息和当前对象的地址。

Date()

	~Date(){cout << "~Date():" << this << endl;}

为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用尽量使用引用。

六、总结：

今天就先到这了！！！

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