C++ 类的复制控制

Posted 2020-07-31 LarryZeal

写了又删，删了又写，才发现这一章节不好描述。

 

那就假定个前提吧，假定已经知道：

① C++的类有构造函数。

② 如果不提供任何构造函数，那编译器会生成默认的无参构造函数--默认构造函数只会进行成员变量的初始化。

③ 如果提供了任何一个构造函数，那编译器就不会再生成默认的无参构造函数。

④ 函数的形参都是实参的副本（引用类型除外）。

⑤ 构造函数也是函数。

⑥ 直接初始化是在括号()中，复制初始化则使用=赋值操作符---注意，是定义，不是赋值。

⑦ 针对⑥，Person p2=p1;这是复制初始化！    p2=p3;这才是赋值！！！

在此基础上，稍作推理：

一、如果构造函数是单形参、且形参类型为该类的类型的构造函数：

　　以 class Person 为例，

string name="anonymous";
int age=18;
Person p1(name, age);
Person p2(p1); //note this

　　根据上面前提的④，p2 需要 p1 的一个副本（复制一个），这时就出现问题了：该怎么复制？

　　这就是复制构造函数的作用了--用于指明如何复制。

　　再推理一下，如果不能使用副本，那还能使用什么？必须是引用啊（不要说指针，囧）！所以复制构造函数就是单形参、且形参类型为该类类型的引用 （常const修饰）的构造函数。

class Person{
    public:
        Person(const Person&); //copy-constructor
        ....
};

　　需要说明的是，编译器会自动生成一个默认的复制构造函数，原则就是一一复制成员变量。这里面又存在一个问题，如果存在指针类型的成员变量，那么与其他成员变量不同的是，复制后的指针仍然指向同一个地址！这可能会导致很严重的bug。如下：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

//注意，有指针成员，但没有自定义复制构造函数。
//这时，其他成员复制时都是副本，而指针成员却指向同一个地址。
class HasPtr{
private:
    int *ptr;
    int val;

public:
    HasPtr(int *p, int i):ptr(p), val(i){}

    int *get_ptr() const { return ptr; }
    void set_ptr(int *p){ ptr=p; }

    int get_int() const { return val; }
    void set_int(int i){ val=i; }
    
    int get_ptr_val() const { return *ptr; }
    void set_ptr_val(int i) const { *ptr = i; } //why not take a ref?
};

int main(){
    int obj=10;

    HasPtr ptr1(&obj, 42);
    HasPtr ptr2(ptr1); // copy-constructor

    cout<<ptr1.get_ptr()<<"--"<<ptr1.get_ptr_val()<<endl;
    cout<<ptr2.get_ptr()<<"--"<<ptr2.get_ptr_val()<<endl;

    ptr1.set_int(3);
    ptr2.set_int(5);

    cout<<ptr1.get_int()<<"--"<<ptr2.get_int()<<endl;

    ptr1.set_ptr_val(7);
    cout<<ptr1.get_ptr()<<"--"<<ptr1.get_ptr_val()<<endl;
    cout<<ptr2.get_ptr()<<"--"<<ptr2.get_ptr_val()<<endl;

    cout<<"-----------"<<endl;

    int *ip=new int(42);
    HasPtr ptr(ip, 2);
    delete ip;
    ptr.set_ptr_val(3);//OOPS! error
    

    return 0;
}

View Code

　　上面代码充分说明了有指针类型的成员变量时，类的对象的行为变得诡异。

　　此外，还有一个小知识点，虽然数组不能支持复制，但是复制构造函数中却可以一一复制数组的元素，从而做到复制数组。

　　

　　推理一下，如果将复制构造函数设为private或者explicit会怎样？

 

二、复制初始化和赋值操作不是同一个概念！

　　上面这个前提必须搞清楚，因为二者是不同的行为！

Person p1("Henry", 20);
Person p2 = p1; //copy-constructor 复制初始化
Person p3("Jean", 22); 
p3 = p2; // OK, it\'s assignment!!! 

　　上面的代码，其执行过程分别是：调用构造函数创建p1；调用复制构造函数创建p2；调用构造函数创建p3；调用赋值操作符函数，给p3重新赋值！！！

 

　　这里还需要另外一个前提：“赋值”和“=”不是一回事！

　　对于C++来说，所有的操作符都是定义出来的，就是说，具体的行为是被定义好的！

　　同理，对类来说，这些操作符（+-*/等）也是被定义出来的。--定义操作符的函数叫做操作符函数，这个过程叫做重载操作符。

　　例如：

int val = 3;  
int val2; // 默认初始化或者声明，看所在作用域

val2 = val; // 赋值操作

　　事实上，你完全可以定义自己的操作符函数，例如混乱一点的，将+作为赋值操作~ 只是没有必要罢了。

　　这里不再介绍重载操作符了，有兴趣的新人可以查一下相关的资料。

　　

　　下面重点说一下赋值操作符。

　　编译器也会生成默认的赋值操作符，默认执行一一赋值，并返回对左操作数的引用。

　　一般来说，可以使用默认复制构造函数的类，也可以使用默认赋值操作符。

 

　　对于类类型对象来说，直接初始化直接调用相应的构造函数；而复制初始化则先调用相应构造函数构造一个临时对象，再调用复制构造函数将临时对象复制到正在创建的对象。

　　如下：

string s1="abc"; //先是string tmp(const char*); 再s1(&tmp);
string s2=string(); //string()已经是string对象，所以直接调用s2(&string())

　　注意上面的代码，tmp 是临时对象，s1(&tmp) 则是调用复制构造函数！

　　

三、所有对象都是有生命周期的，一般生命周期仅限于其作用域范围内---手动释放的除外。

　　C++能够指定当一个对象走向死亡的时候所进行的操作，这就是析构函数。--这个名字如果看英文就知道，和构造函数是相反的，constructor - destructor，一个创建，一个拆毁。

　　所以，顾名思义，析构函数应该是定义了如何销毁成员变量，虽然还可以定义其他的操作（如释放资源），但那不是我们关注的重点。

　　

　　编译器总是会生成一个默认的析构函数，以成员变量声明顺序的逆序进行销毁，销毁每一个非static成员。

　　且，总是最后调用默认的析构函数。哪怕已经调用过自定义的析构函数！

　　需要注意的是，对于类的对象来说，①当超出作用域时，系统会自动调用析构函数。②当主动释放内存时，也会自动调用析构函数。

　　这点对于Javaer来说就是一个坑，极容易被带入坑中。例如 ：

Person *p=new Person; // no ()
{
    Person p2(*p);
    delete p;
}

　　上面，超出花括号时，系统就会自动调用p2的析构函数，销毁p2！ -- 注意，引用和指针不会。

　　另外，撤销一个容器（包括数组）时，也会一一调用其元素的析构函数，从最后一个开始撤销。

　　默认的析构函数并不会删除指针类型成员所指向的对象！

 

 

一个规则：如果类需要析构函数，则它也需要赋值操作符和复制构造函数！