拷贝构造函数详解

Posted 2023-02-19 小李一米九

复制构造函数是构造函数的一种，也称拷贝构造函数，它只有一个参数，参数类型是本类的引用。

复制构造函数的参数可以是 const 引用，也可以是非 const 引用。 一般使用前者，这样既能以常量对象（初始化后值不能改变的对象）作为参数，也能以非常量对象作为参数去初始化其他对象。一个类中写两个复制构造函数，一个的参数是 const 引用，另一个的参数是非 const 引用，也是可以的。

如果类的设计者不写复制构造函数，编译器就会自动生成复制构造函数。大多数情况下，其作用是实现从源对象到目标对象逐个字节的复制，即使得目标对象的每个成员变量都变得和源对象相等。编译器自动生成的复制构造函数称为“默认复制构造函数”。

注意，默认构造函数（即无参构造函数）不一定存在，但是复制构造函数总是会存在。

下面是一个复制构造函数的例子。

#include<iostream >
using namespace std;
class Complex

public:
    double real, imag;
    Complex(double r, double i) 
        real= r; imag = i;
    
;
int main()
    Complex cl(1, 2);
    Complex c2 (cl);  //用复制构造函数初始化c2
    cout<<c2.real<<","<<c2.imag;  //输出 1,2
    return 0;

第 13 行给出了初始化 c2 的参数，即 c1。只有编译器自动生成的那个默认复制构造函数的参数才能和 c1 匹配，因此，c2 就是以 c1 为参数，调用默认复制构造函数进行初始化的。初始化的结果是 c2 成为 c1 的复制品，即 c2 和 c1 每个成员变量的值都相等。

如果编写了复制构造函数，则默认复制构造函数就不存在了。下面是一个非默认复制构造函数的例子。

#include<iostream>
using namespace std;
class Complex
public:
    double real, imag;
    Complex(double r,double i)
        real = r; imag = i;
    
    Complex(const Complex & c)
        real = c.real; imag = c.imag;
        cout<<"Copy Constructor called"<<endl ;
    
;
int main()
    Complex cl(1, 2);
    Complex c2 (cl);  //调用复制构造函数
    cout<<c2.real<<","<<c2.imag;
    return 0;

程序的输出结果是：

Copy Constructor called
1,2

第 9 行，复制构造函数的参数加不加 const 对本程序來说都一样。但加上 const 是更好的做法，这样复制构造函数才能接受常量对象作为参数，即才能以常量对象作为参数去初始化别的对象。

第 17 行，就是以 c1 为参数调用第 9 行的那个复制构造函数初始化的。该复制构造函数执行的结果是使 c2 和 c1 相等，此外还输出Copy Constructor called。

可以想象，如果将第 10 行删去或改成real = 2*c.real; imag = imag + 1;，那么 c2 的值就不会等于 c1 了。也就是说，自己编写的复制构造函数并不一定要做复制的工作（如果只做复制工作，那么使用编译器自动生成的默认复制构造函数就行了）。但从习惯上来讲，复制构造函数还是应该完成类似于复制的工作为好，在此基础上还可以根据需要做些別的操作。

构造函数不能以本类的对象作为唯一参数，以免和复制构造函数相混淆。例如，不能写如下构造函数：
Complex (Complex c) …

复制构造函数被调用的三种情况
复制构造函数在以下三种情况下会被调用。

1. 当用一个对象去初始化同类的另一个对象时，会引发复制构造函数被调用。例如，下面的两条语句都会引发复制构造函数的调用，用以初始化 c2。 Complex c2(c1); Complex c2 = c1; 这两条语句是等价的。

注意，第二条语句是初始化语句，不是赋值语句。赋值语句的等号左边是一个早已有定义的变量，赋值语句不会引发复制构造函数的调用。例如：
Complex c1, c2; c1 = c2 ;
c1=c2;
这条语句不会引发复制构造函数的调用，因为 c1 早已生成，已经初始化过了。

2. 如果函数 F 的参数是类 A 的对象，那么当 F 被调用时，类 A 的复制构造函数将被调用。换句话说，作为形参的对象，是用复制构造函数初始化的，而且调用复制构造函数时的参数，就是调用函数时所给的实参。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
public:
    A();
    A(A & a)
        cout<<"Copy constructor called"<<endl;
    
;
void Func(A a) 
int main()
    A a;
    Func(a);
    return 0;

程序的输出结果为：

Copy constructor called

这是因为 Func 函数的形参 a 在初始化时调用了复制构造函数。

前面说过，函数的形参的值等于函数调用时对应的实参，现在可以知道这不一定是正确的。如果形参是一个对象，那么形参的值是否等于实参，取决于该对象所属的类的复制构造函数是如何实现的。例如上面的例子，Func 函数的形参 a 的值在进入函数时是随机的，未必等于实参，因为复制构造函数没有做复制的工作。

以对象作为函数的形参，在函数被调用时，生成的形参要用复制构造函数初始化，这会带来时间上的开销。如果用对象的引用而不是对象作为形参，就没有这个问题了。但是以引用作为形参有一定的风险，因为这种情况下如果形参的值发生改变，实参的值也会跟着改变。

如果要确保实参的值不会改变，又希望避免复制构造函数带来的开销，解决办法就是将形参声明为对象的 const 引用。例如：

void Function(const Complex & c)

    ...

这样，Function 函数中出现任何有可能导致 c 的值被修改的语句，都会引发编译错误。

思考题：在上面的 Function 函数中，除了赋值语句，还有什么语句有可能改变 c 的值？例如，是否允许通过 c 调用 Complex 的成员函数？

3. 如果函数的返冋值是类 A 的对象，则函数返冋时，类 A 的复制构造函数被调用。换言之，作为函数返回值的对象是用复制构造函数初始化 的，而调用复制构造函数时的实参，就是 return 语句所返回的对象。例如下面的程序：

#include<iostream>
using namespace std;
class A 
public:
    int v;
    A(int n)  v = n; ;
    A(const A & a) 
        v = a.v;
        cout << "Copy constructor called" << endl;
    
;
A Func() 
    A a(4);
    return a;

int main() 
    cout << Func().v << endl;
    return 0;

程序的输出结果是：

Copy constructor called
4

第19行调用了 Func 函数，其返回值是一个对象，该对象就是用复制构造函数初始化的， 而且调用复制构造函数时，实参就是第 16 行 return 语句所返回的 a。复制构造函数在第 9 行确实完成了复制的工作，所以第 19 行 Func 函数的返回值和第 14 行的 a 相等。

需要说明的是，有些编译器出于程序执行效率的考虑，编译的时候进行了优化，函数返回值对象就不用复制构造函数初始化了，这并不符合 C++ 的标准。上面的程序，用 Visual Studio 2010 编译后的输出结果如上所述，但是在 Dev C++ 4.9 中不会调用复制构造函数。把第 14 行的 a 变成全局变量，才会调用复制构造函数。