C++拷贝构造函数-阿里云开发者社区

拷贝构造函数，是一种特殊的构造函数，它由编译器调用来完成一些基于同一类的其他对象的构建及初始化。其唯一的参数（对象的引用）是不可变的（const类型）。此函数经常用在函数调用时用户定义类型的值传递及返回。拷贝构造函数要调用基类的拷贝构造函数和成员函数。如果可以的话，它将用常量方式调用，另外，也可以用非常量方式调用。

调用拷贝构造函数的情形

在C++中，下面三种对象需要调用拷贝构造函数（有时也称“ 复制构造函数”）：

1) 一个对象作为函数参数，以值传递的方式传入函数体；

2) 一个对象作为函数返回值，以值传递的方式从函数返回；

3) 一个对象用于给另外一个对象进行初始化（常称为复制初始化）；

如果在前两种情况不使用拷贝构造函数的时候，就会导致一个指针指向已经被删除的内存空间。对于第三种情况来说， 初始化和赋值的不同含义是拷贝构造函数调用的原因。 事实上，拷贝构造函数是由普通构造函数和赋值操作符共同实现的。描述拷贝构造函数和赋值运算符的异同的参考资料有很多。

通常的原则是：

①对于凡是包含动态分配成员或包含指针成员的类都应该提供拷贝构造函数；
②在提供拷贝构造函数的同时，还应该考虑重载"="赋值操作符号。原因详见后文。

拷贝构造函数必须以引用的形式传递(参数为引用值)。其原因如下：当一个对象以传递值的方式传一个函数的时候，拷贝构造函数自动的被调用来生成函数中的对象。如果一个对象是被传入自己的拷贝构造函数，它的拷贝构造函数将会被调用来拷贝这个对象这样复制才可以传入它自己的拷贝构造函数，这会导致无限循环直至栈溢出（Stack Overflow）。除了当对象传入函数的时候被隐式调用以外，拷贝构造函数在对象被函数返回的时候也同样的被调用。

隐式地拷贝构造函数

如果在类中没有显式的声明一个拷贝构造函数，那么，编译器会自动生成一个来进行对象之间 非static成员的位拷贝（Bitwise Copy）。这个隐含的拷贝构造函数简单的关联了所有的类成员。注意到这个隐式的拷贝构造函数和显式声明的拷贝构造函数的不同在于对成员的关联方式。显式声明的拷贝构造函数关联的只是被实例化的类成员的缺省构造函数，除非另外一个构造函数在类初始化或构造列表的时候被调用。

拷贝构造函数使程序更有效率，因为它不用再构造一个对象的时候改变构造函数的参数列表。设计拷贝构造函数是一个良好的风格，即使是编译系统会自动为你生成默认拷贝构造函数。事实上，默认拷贝构造函数可以应付许多情况。

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，一种特殊的构造函数重载。上面的语句中，如果类中定义了拷贝构造函数，在对象 复制初始化时，调用的将是拷贝构造函数，而不是缺省构造函数。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：类名（const 类名& 对象名）;//拷贝构造函数的原型，参数是常量对象的引用。由于拷贝构造函数的目的是成员复制，不应修改原对象，所以 建议使用const关键字。

对象按值传递

下面介绍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用拷贝构造函数。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：当函数中的局部对象作为返回值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;
}

总结：当某对象是按值传递 时 （无论是作为函数参数，还是作为函数返回值）， 编译器都会先建立一个 此对象的临时拷贝，而在建立该临时拷贝时就会调用类的拷贝构造函数。

一. 什么是拷贝构造函数

首先对于普通类型的对象来说，它们之间的复制是很简单的，例如：

[c-sharp] view plain copy

int a = 100;
int b = a;

而类对象与普通对象不同，类对象内部结构一般较为复杂，存在各种成员变量。
下面看一个类对象拷贝的简单例子。

[c-sharp] view plain copy

#include <iostream>
using namespace std;
class CExample {
private:
　int a;
public:
//构造函数
　CExample(int b)
　{ a = b;}
//一般函数
　void Show ()
　{
cout<<a<<endl;
}
};
int main()
{
　CExample A(100);
　CExample B = A; //注意这里的对象初始化要调用拷贝构造函数，而非赋值
　 B.Show ();
　return 0;
}

运行程序，屏幕输出100。从以上代码的运行结果可以看出，系统为对象 B 分配了内存并完成了与对象 A 的复制过程。就类对象而言，相同类型的类对象是通过拷贝构造函数来完成整个复制过程的。

下面举例说明拷贝构造函数的工作过程。

[c-sharp] view plain copy

#include <iostream>
using namespace std;
class CExample {
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{ a = b;}
//拷贝构造函数
CExample(const CExample& C)
{
a = C.a;
}
//一般函数
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};
int main()
{
CExample A(100);
CExample B = A; // CExample B(A); 也是一样的
B.Show ();
return 0;
}

CExample(const CExample& C)　就是我们自定义的拷贝构造函数。可见，拷贝构造函数是一种特殊的 构造函数，函数的名称必须和类名称一致，它必须的一个参数是本类型的一个引用变量 。

二. 拷贝构造函数的调用时机

在C++中，下面三种对象需要调用拷贝构造函数！
1. 对象以值传递的方式传入函数参数

[c-sharp] view plain copy

class CExample
{
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{
a = b;
cout<<"creat: "<<a<<endl;
}
//拷贝构造
CExample(const CExample& C)
{
a = C.a;
cout<<"copy"<<endl;
}
//析构函数
~CExample()
{
cout<< "delete: "<<a<<endl;
}
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};
//全局函数，传入的是对象
void g_Fun(CExample C)
{
cout<<"test"<<endl;
}
int main()
{
CExample test(1);
//传入对象
g_Fun(test);
return 0;
}

调用g_Fun()时，会产生以下几个重要步骤：
(1).test对象传入形参时，会先会产生一个临时变量，就叫 C 吧。
(2).然后调用拷贝构造函数把test的值给C。整个这两个步骤有点像：CExample C(test);
(3).等g_Fun()执行完后, 析构掉 C 对象。

2. 对象以值传递的方式从函数返回

[c-sharp] view plain copy

class CExample
{
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{
a = b;
}
//拷贝构造
CExample(const CExample& C)
{
a = C.a;
cout<<"copy"<<endl;
}
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};
//全局函数
CExample g_Fun()
{
CExample temp(0);
return temp;
}
int main()
{
g_Fun();
return 0;
}

当g_Fun()函数执行到return时，会产生以下几个重要步骤：
(1). 先会产生一个临时变量，就叫XXXX吧。
(2). 然后调用拷贝构造函数把temp的值给XXXX。整个这两个步骤有点像：CExample XXXX(temp);
(3). 在函数执行到最后先析构temp局部变量。
(4). 等g_Fun()执行完后再析构掉XXXX对象。

3. 对象需要通过另外一个对象进行初始化；

[c-sharp] view plain copy

CExample A(100);
CExample B = A;
// CExample B(A);

后两句都会调用拷贝构造函数。

三. 浅拷贝和深拷贝

1. 默认拷贝构造函数

很多时候在我们都不知道拷贝构造函数的情况下，传递对象给函数参数或者函数返回对象都能很好的进行，这是因为编译器会给我们自动产生一个拷贝构造函数，这就是“默认拷贝构造函数”，这个构造函数很简单，仅仅使用“老对象”的数据成员的值对“新对象”的数据成员一一进行赋值，它一般具有以下形式：

[c-sharp] view plain copy

Rect::Rect(const Rect& r)
{
width = r.width;
height = r.height;
}

当然，以上代码不用我们编写，编译器会为我们自动生成。但是如果认为这样就可以解决对象的复制问题，那就错了，让我们来考虑以下一段代码：

[c-sharp] view plain copy

class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数，计数器加1
{
count++;
}
~Rect() // 析构函数，计数器减1
{
count--;
}
static int getCount() // 返回计数器的值
{
return count;
}
private:
int width;
int height;
static int count; // 一静态成员做为计数器
};
int Rect::count = 0; // 初始化计数器
int main()
{
Rect rect1;
cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
Rect rect2(rect1); // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象
cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;
return 0;
}

　　这段代码对前面的类，加入了一个静态成员，目的是进行计数。在主函数中，首先创建对象rect1，输出此时的对象个数，然后使用rect1复制出对象rect2，再输出此时的对象个数，按照理解，此时应该有两个对象存在，但实际程序运行时，输出的都是1，反应出只有1个对象。此外，在销毁对象时，由于会调用销毁两个对象，类的析构函数会调用两次，此时的计数器将变为负数。

说白了，就是拷贝构造函数没有处理静态数据成员。

出现这些问题最根本就在于在复制对象时，计数器没有递增，我们重新编写拷贝构造函数，如下：

[c-sharp] view plain copy

class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数，计数器加1
{
count++;
}
Rect(const Rect& r) // 拷贝构造函数
{
width = r.width;
height = r.height;
count++; // 计数器加1
}
~Rect() // 析构函数，计数器减1
{
count--;
}
static int getCount() // 返回计数器的值
{
return count;
}
private:
int width;
int height;
static int count; // 一静态成员做为计数器
};

2. 浅拷贝

所谓浅拷贝，指的是在对象复制时，只对对象中的数据成员进行简单的赋值，默认拷贝构造函数执行的也是浅拷贝。大多情况下“浅拷贝”已经能很好地工作了，但是一旦对象存在了动态成员，那么浅拷贝就会出问题了，让我们考虑如下一段代码：

[c-sharp] view plain copy

class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数，p指向堆中分配的一空间
{
p = new int(100);
}
~Rect() // 析构函数，释放动态分配的空间
{
if(p != NULL)
{
delete p;
}
}
private:
int width;
int height;
int *p; // 一指针成员
};
int main()
{
Rect rect1;
Rect rect2(rect1); // 复制对象
return 0;
}

在这段代码运行结束之前，会出现一个运行错误。原因就在于在进行对象复制时，对于动态分配的内容没有进行正确的操作。我们来分析一下：

在运行定义rect1对象后，由于在构造函数中有一个动态分配的语句，因此执行后的内存情况大致如下：

在使用rect1复制rect2时，由于执行的是浅拷贝，只是将成员的值进行赋值，这时 rect1.p = rect2.p，也即这两个指针指向了堆里的同一个空间，如下图所示：

当然，这不是我们所期望的结果，在销毁对象时，两个对象的析构函数将对同一个内存空间释放两次，这就是错误出现的原因。我们需要的不是两个p有相同的值，而是两个p指向的空间有相同的值，解决办法就是使用“深拷贝”。

3. 深拷贝

在“深拷贝”的情况下，对于对象中动态成员，就不能仅仅简单地赋值了，而应该重新动态分配空间，如上面的例子就应该按照如下的方式进行处理：

[c-sharp] view plain copy

class Rect
{
public:
Rect() // 构造函数，p指向堆中分配的一空间
{
p = new int(100);
}
Rect(const Rect& r)
{
width = r.width;
height = r.height;
p = new int; // 为新对象重新动态分配空间
*p = *(r.p);
}
~Rect() // 析构函数，释放动态分配的空间
{
if(p != NULL)
{
delete p;
}
}
private:
int width;
int height;
int *p; // 一指针成员
};

此时，在完成对象的复制后，内存的一个大致情况如下：

此时rect1的p和rect2的p各自指向一段内存空间，但它们指向的空间具有相同的内容，这就是所谓的“深拷贝”。

3. 防止默认拷贝发生

通过对对象复制的分析，我们发现对象的复制大多在进行“值传递”时发生，这里有一个小技巧可以防止按值传递——声明一个私有拷贝构造函数。甚至不必去定义这个拷贝构造函数，这样因为拷贝构造函数是私有的，如果用户试图按值传递或函数返回该类对象，将得到一个编译错误，从而可以避免按值传递或返回对象。

[c-sharp] view plain copy

// 防止按值传递
class CExample
{
private:
int a;
public:
//构造函数
CExample(int b)
{
a = b;
cout<<"creat: "<<a<<endl;
}
private:
//拷贝构造，只是声明
CExample(const CExample& C);
public:
~CExample()
{
cout<< "delete: "<<a<<endl;
}
void Show ()
{
cout<<a<<endl;
}
};
//全局函数
void g_Fun(CExample C)
{
cout<<"test"<<endl;
}
int main()
{
CExample test(1);
//g_Fun(test); 按值传递将出错
return 0;
}

四. 拷贝构造函数的几个细节

1. 拷贝构造函数里能调用private成员变量吗?
解答：这个问题是在网上见的，当时一下子有点晕。其时从名子我们就知道拷贝构造函数其时就是一个特殊的构造函数，操作的还是自己类的成员变量，所以不受private的限制。

2. 以下函数哪个是拷贝构造函数,为什么?

[c-sharp] view plain copy

X::X(const X&);
X::X(X);
X::X(X&, int a=1);
X::X(X&, int a=1, int b=2);

解答：对于一个类X, 如果一个构造函数的第一个参数是下列之一:
a) X&
b) const X&
c) volatile X&
d) const volatile X&
且没有其他参数或其他参数都有默认值,那么这个函数是拷贝构造函数.

[c-sharp] view plain copy

X::X(const X&); //是拷贝构造函数
X::X(X&, int=1); //是拷贝构造函数
X::X(X&, int a=1, int b=2); //当然也是拷贝构造函数

3. 一个类中可以存在多于一个的拷贝构造函数吗?
解答：类中可以存在超过一个拷贝构造函数。

[c-sharp] view plain copy

class X {
public:
X(const X&); // const 的拷贝构造
X(X&); // 非const的拷贝构造
};

注意,如果一个类中只存在一个参数为 X& 的拷贝构造函数,那么就不能使用const X或volatile X的对象实行拷贝初始化.

[c-sharp] view plain copy

class X {
public:
X();
X(X&);
};
const X cx;
X x = cx; // error

如果一个类中没有定义拷贝构造函数,那么编译器会自动产生一个默认的拷贝构造函数。
这个默认的参数可能为 X::X(const X&)或 X::X(X&),由编译器根据上下文决定选择哪一个。

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