【C++】类和对象③(类的默认成员函数:拷贝构造函数)

简介: 本文探讨了C++中拷贝构造函数和赋值运算符重载的重要性。拷贝构造函数用于创建与已有对象相同的新对象,尤其在类涉及资源管理时需谨慎处理,以防止浅拷贝导致的问题。默认拷贝构造函数进行字节级复制,可能导致资源重复释放。例子展示了未正确实现拷贝构造函数时可能导致的无限递归。此外,文章提到了拷贝构造函数的常见应用场景,如函数参数、返回值和对象初始化,并指出类对象在赋值或作为函数参数时会隐式调用拷贝构造。

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目录

前言

拷贝构造函数

赋值运算符重载

结语

前言

在上篇文章中我们讲到了类的默认成员函数的构造函数和析构函数,这两个默认成员函数在对象的生命周期中起着至关重要的作用。而今天我们要讲的拷贝构造函数和赋值运算符重载,作为类默认成员函数的其中之二,则是在对象间的初始化和拷贝当中起着重要作用。再次强六个默认成员函数的共性,这些函数会在你不提供的情况下由编译器自动生成。接下来开始我们今天的内容。

拷贝构造函数
概念
在创建对象时,你可能需要创建一个与已经存在的对象一模一样的新对象。

拷贝构造函数的特性及用法

  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报错,因为会引发无穷调用。

拿一个Date类来举例:

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
Date(const 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;
Date d2(d1);
return 0;
}

在 Date d2(d1); 这句,将调用拷贝构造函数,其中d1通过传引用传参传递给函数中的d,d2以this指针的形式隐式传递。在运行完拷贝构造函数之后,d2创建好就是和d1相同的一个对象了。接下来详细讲解为什么构造中不加应用会导致无穷调用。

void Fun1(Date d)
{
cout << "Fun1" << endl;
}

int main()
{
Date d1(2024, 4, 16);
Fun1(d1);
return 0;
}

运行以上代码,会发现,在进入函数Fun1之前,会先调用一次拷贝构造,将d1的值赋给d,下面是调试观察,可以看到调试进入Fun1前先进入了拷贝构造。

说明类的传值传递在调用时会先调用类内部的拷贝构造,如果不写拷贝构造中的引用,拷贝构造的传应用传递就会变成类的传值传递,而类的传值传递又需要先调用拷贝构造,最终逻辑形成了一个闭环,导致无穷调用。

  1. 若未显式定义,编译器会生成默认的构造函数。默认构造函数对象按内存存储字节完成拷贝,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;
}

上述代码中Date的拷贝构造函数我们并没有提供,由编译器默认生成。

  1. 编译器生成的默认拷贝构造函数既然已经可以完成字节序的拷贝,那么是否还有自己实现的必要?像日期类这样的类是没什么必要的,但是当类涉及资源的打开和关闭,开辟和释放时,默认生成的浅拷贝构造就无法解决问题了。

看如下的Stack类:

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;
}

在Stack类中,我们在创建s2时使用了编译器默认生成的拷贝构造函数,在main函数代码运行的过程中,似乎并没有什么问题,但是当整个程序运行结束时,程序崩溃了。这是因为Stack类涉及到了堆中空间资源的开辟,由于编译器默认生成的拷贝构造是浅拷贝,s1和s2中的_array指针指向相同的堆空间,在程序运行到结尾会调用析构函数,s1和s2对象各调用一次析构时,会导致_array指向的堆空间被释放两次,最终程序崩溃。

  1. 拷贝构造函数典型应用场景:

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
代码示例:

class Date
{
public:
Date(int year, int minute, 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) // 第二种
{
Date temp(d); // 第一种
return temp; // 第三种
}
int main()
{
Date d1(2022, 1, 13);
Test(d1);
return 0;
}

  1. 拷贝构造函数其实还有一种调用方式
    类名 对象名 = 已有对象名;

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