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[C++]拷贝构造函数和赋值运算符重载

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原文作者:冯明德;补充说明:Shosh

重点:包含动态分配成员的类 应提供拷贝构造函数,并重载"="赋值操作符。

以下讨论中将用到的例子:
class CExample
{
public:
     CExample(){pBuffer=NULL; nSize=0;}
     ~CExample(){delete pBuffer;}
    void Init(int n){ pBuffer=new char[n]; nSize=n;}
private:
    char *pBuffer; //类的对象中包含指针,指向动态分配的内存资源
    int nSize;
};

这个类的主要特点是包含指向其他资源的指针。

pBuffer指向堆中分配的一段内存空间。

一、拷贝构造函数
int main(int argc, char* argv[])
{
     CExample theObjone;
     theObjone.Init40);
    
    //现在需要另一个对象,需要将他初始化称对象一的状态
     CExample theObjtwo=theObjone;
     ...
}

语句"CExample theObjtwo=theObjone;"用theObjone初始化theObjtwo。

其完成方式是内存拷贝,复制所有成员的值。

完成后,theObjtwo.pBuffer==theObjone.pBuffer。

即它们将指向同样的地方,指针虽然复制了,但所指向的空间并没有复制,而是由两个对象共用了。这样不符合要求,对象之间不独立了,并为空间的删除带来隐患。

所以需要采用必要的手段来避免此类情况。

回顾以下此语句的具体过程:首先建立对象theObjtwo,并调用其构造函数,然后成员被拷贝。

可以在构造函数中添加操作来解决指针成员的问题。

所以C++语法中除了提供缺省形式的构造函数外,还规范了另一种特殊的构造函数:拷贝构造函数,上面的语句中,如果类中定义了拷贝构造函数,这对象建立时,调用的将是拷贝构造函数,在拷贝构造函数中,可以根据传入的变量,复制指针所指向的资源。

拷贝构造函数的格式为:构造函数名(对象的引用)

提供了拷贝构造函数后的CExample类定义为:

class CExample
{
public:
     CExample(){pBuffer=NULL; nSize=0;}
     ~CExample(){delete pBuffer;}
     CExample(const CExample&); //拷贝构造函数
    void Init(int n){ pBuffer=new char[n]; nSize=n;}
private:
    char *pBuffer; //类的对象中包含指针,指向动态分配的内存资源
    int nSize;
};

CExample::CExample(const CExample& RightSides) //拷贝构造函数的定义
{
     nSize=RightSides.nSize; //复制常规成员
     pBuffer=new char[nSize]; //复制指针指向的内容
     memcpy(pBuffer,RightSides.pBuffer,nSize*sizeof(char));
}

这样,定义新对象,并用已有对象初始化新对象时,CExample(const CExample& RightSides)将被调用,而已有对象用别名RightSides传给构造函数,以用来作复制。

原则上,应该为所有包含动态分配成员的类都提供拷贝构造函数。

拷贝构造函数的另一种调用。

当对象直接作为参数传给函数时,函数将建立对象的临时拷贝,这个拷贝过程也将调同拷贝构造函数。

例如:

BOOL testfunc(CExample obj);

testfunc(theObjone); //对象直接作为参数。

BOOL testfunc(CExample obj)
{
    //针对obj的操作实际上是针对复制后的临时拷贝进行的
}

还有一种情况,也是与临时对象有关的

当函数中的局部对象被被返回给函数调者时,也将建立此局部对象的一个临时拷贝,拷贝构造函数也将被调用
CTest func()
{
     CTest theTest;
    return theTest
}

二、赋值符的重载

下面的代码与上例相似
int main(int argc, char* argv[])
{
     CExample theObjone;
     theObjone.Init(40);
    
     CExample theObjthree;
     theObjthree.Init(60);

    //现在需要一个对象赋值操作,被赋值对象的原内容被清除,并用右边对象的内容填充。
     theObjthree=theObjone;
    return 0;
}
也用到了"="号,但与"一、"中的例子并不同,"一、"的例子中,"="在对象声明语句中,表示初始化。更多时候,这种初始化也可用括号表示。

例如 CExample theObjone(theObjtwo);

而本例子中,"="表示赋值操作。将对象theObjone的内容复制到对象theObjthree;,这其中涉及到对象theObjthree原有内容的丢弃,新内容的复制。

但"="的缺省操作只是将成员变量的值相应复制。旧的值被自然丢弃。

由于对象内包含指针,将造成不良后果:指针的值被丢弃了,但指针指向的内容并未释放。指针的值被复制了,但指针所指内容并未复制。


因此,包含动态分配成员的类除提供拷贝构造函数外,还应该考虑重载"="赋值操作符号。

类定义变为:

class CExample
{
     ...
     CExample(const CExample&); //拷贝构造函数
     CExample& operator = (const CExample&); //赋值符重载
     ...
};

//赋值操作符重载
CExample & CExample::operator = (const CExample& RightSides)
{
     nSize=RightSides.nSize; //复制常规成员
    char *temp=new char[nSize]; //复制指针指向的内容
     memcpy(temp,RightSides.pBuffer,nSize*sizeof(char));

    delete []pBuffer; //删除原指针指向内容   (将删除操作放在后面,避免X=X特殊情况下,内容的丢失)
     pBuffer=temp;   //建立新指向
    return *this
}

三、拷贝构造函数使用赋值运算符重载的代码。

CExample::CExample(const CExample& RightSides)
{
     pBuffer=NULL;
     *this=RightSides     //调用重载后的"="
}

【shosh来说两句】
为了更好地理解拷贝构造函数,我也来说两句:
1、为什么要有拷贝构造函数,它跟构造函数有什么区别?
答:拷贝构造函数其实也是构造函数,只不过它的参数是const的类自身的对象的引用。如果类里面没有指针成员(该指针成员指向动态申请的空间),是没有必要编写拷贝构造函数的。我们知道,如果有一个类CObj,它已经产生了一个对象ObjA,现在又用CObj去创建ObjB,如果程序中使用语句ObjB = ObjA;也就是说直接使用ObjA的数据给ObjB赋值。这对于一般的类,没有任何问题,但是如果CObj里面有个char* pStr的成员,用来存放动态申请的字符串的地址,在ObjA中使用new方法动态申请了内存并让ObjA.pStr指向该申请的空间,在OjbB = OjbA之后,ObjA.pStr和ObjB.pStr将同时指向那片空间,这样到导致了谁也不知道到底该由谁来负责释放那块空间,很有可能导致同一块内存被释放两次。使用拷贝构造函数,先申请ObjA.pStr所指向的空间大小的空间,然后将空间内容拷贝过来,这样就不会同时指向同一块内存,各自有各自申请的内存,各自负责释放各自申请的内存,从而解决了刚才的问题。所以这里的“拷贝”拷贝的是动态申请的空间的内容,而不是类本身的数据。另外注意到,拷贝构造函数的参数是对象的引用,而不是对象的指针。至于为什么要用引用,不能够用指针暂时还没有搞明白,等搞明白了再说。
2、为什么要对=赋值操作符进行重载?
答:接上面的例子,用户在使用语句ObjB = ObjA的时候,或许ObjB的pStr已经指向了动态申请的空间,如果直接简单将其指向的地址覆盖,就会导致内存泄露,所以需要对=赋值操作符进行重载,在重载函数中判断pStr如果已经指向了动态申请的空间,就先将其释放。
3、拷贝构造函数和=赋值操作符重载的关系。
答:从原文的例子中可以看出,=赋值操作符重载比拷贝构造函数做得要多,它除了完成拷贝构造函数所完成的拷贝动态申请的内存的数据之外,还释放了原本自己申请的内存空间。所以原文最后给出的拷贝构造函数的实现可以使用=赋值操作符的重载来完成。
4、拷贝构造函数何时被调用?
   a.对象的直接赋值也会调用拷贝构造函数(既然有了=赋值操作符重载,为什么还要调用拷贝构造函数?);
   b.函数参数传递只要是按值传递也调用拷贝构造函数;
   c.函数返回只要是按值返回也调用拷贝构造函数。
5、如问题4的回答中所提问的,既然有了=赋值操作符重载,为什么还要调用拷贝构造函数?
答:写个小程序测试一下。
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评论
2 楼 vipyami 2011-09-11  
试了下,如过变量未初始化,则只调拷贝构造函数,如果已初始化,则先调拷贝构造函数,再调=操作符
1 楼 vipyami 2011-09-11  
为何不把赋值运算符的内容写进拷贝构造函数里?这样就不用重载赋值运算符了

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