拷贝构造方法
分析下面方法中的栈内存 ;
//运算符重载 , "+" 号运算符进行重载 , // 其作用是让两个 Operator 的 number 成员变量相加 // 运算符重载的本质是按照一定格式定义一个方法 // 这个定义的方法中包含运算符 , 除运算符之外的其它符号可以省略简写 public: Operator operator+(const Operator& o1) { //+ 运算符的作用是 两个 Operator 对象, 进行操作得到第三个 Operator 对象 //第三个 Operator 对象的 number 变量 , 是前两个 Operator 对象之和 Operator o2; o2.number = this->number + o1.number; //o2 对象是存在栈内存中 , 返回 o2 操作出现了拷贝操作 //o2 会调用拷贝构造方法 , 拷贝到一个临时对象中 //如果返回值有接收的对象 , 那么又调用拷贝构造方法 , // 将这个临时对象又会被拷贝给接收对象 return o2; }
分析上述方法中的栈内存对象 , 在运算符重载的方法中 , 涉及到了栈内存对象的生命周期问题 , Operator o2; 语句在方法的栈内存中创建了一个 Operator 对象 o2 , 该对象的生命周期只限于整个方法体 , 方法执行完毕后 , 栈内存中的该对象就要被释放掉 ;
但是 该对象需要被返回 , 并且在方法调用完成之后 , 还要 赋值给另外一个对象 , 现在讨论一下其中的运行机制 ;
从 return o2; 开始分析 , 返回 o2 对象 , 系统会将栈内存中的 o2 对象 拷贝到一个临时对象中 , 这里调用了一次拷贝构造方法 ; 然后将临时对象又赋值给了返回值接收的对象 , 此处又调用了一次拷贝构造方法 ; 整个操作在理论上调用了两次拷贝构造方法 ;
拷贝构造方法实现 , 拷贝构造方法与构造方法的区别是 , 其需要传入一个引用类型 ( 类名& 变量名 ) 的参数 , 如下示例中实现了默认的构造方法 , 同时实现了拷贝构造方法 , 在发生该对象的拷贝操作时 , 会调用该方法 , 打印相应的数据 , 这样我们就能测试追踪对象的拷贝操作了 ;
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/默认的构造方法 Operator() {} //拷贝构造方法, 每次拷贝都会调用该构造方法 // 以此来验证栈内存中 返回 栈内存中的对象 , // 将栈内存对象拷贝到临时对象中 // 在方法调用处 , 又将临时对象拷贝给了接收返回值的对象 Operator(Operator& o) { this->number = o.number; cout << "Operator 对象执行拷贝操作" << endl; }
下面运行如下重载云算符调用的方法 , 分析其构造方法调用次数 , 下面是要运行的代码 :
//+ 是在 Operator 类中自定义的运算符重载 //其作用是返回一个对象 , 其number成员变量值是 o1 和 o2 中number成员变量之和 Operator o4 = o1 + o2; //打印 o3 中的 number 变量值 cout << "内部定义的运算符重载简化写法结果 : " << o4.number << endl;
运行结果如下 , 此处发现拷贝构造方法只调用了一次 , 理论上其应该调用两次 , 这就涉及到了编译器的 RVO 优化 ;
Operator 对象执行拷贝操作 内部定义的运算符重载完整写法结果 : 90
编译器优化 ( RVO 优化 | NRVO 优化 )
理论上拷贝构造方法是要执行两次的 , 在 operator+ 方法中 , 第一次将 o2 对象拷贝给临时对象 , 第二次将 临时对象拷贝给接收 operator+ 方法返回值的对象 ;
但是在 Visual Studio 中编译后执行结果 只拷贝了一次, 拷贝构造函数只调用了一次, 这是由于编译器优化的原因 ;
Windows 上 Visual Studio 的 C++ 编译器是 cl.exe
MAC 上 Xcode 的 C++ 编译器是 GNU g++
rvo 优化 , 在 VS 中, cl 编译器在 debug 模式下,会执行 rvo (return value) 优化 , 减少了1次拷贝和析构的操作 ;
nrvo 优化 , 在 release 模式下 , 会执行 nrvo 优化 , 会进行 0 次拷贝 , 减少了 2 次拷贝和析构的操作 , 其优化方式是改写方法 , 直接将接收对象放入参数 , 在方法中就将返回对象赋值给接收对象了 ;
完整代码示例
操作符重载类代码 :
#pragma once using namespace std; class Operator { public : int number; //默认的构造方法 Operator() {} //拷贝构造方法, 每次拷贝都会调用该构造方法 // 以此来验证栈内存中 返回 栈内存中的对象 , // 将栈内存对象拷贝到临时对象中 // 在方法调用处 , 又将临时对象拷贝给了接收返回值的对象 Operator(Operator& o) { this->number = o.number; cout << "Operator 对象执行拷贝操作" << endl; } //这里针对拷贝操作进行说明 : rvo 优化 , nrvo 优化 //理论上 拷贝 构造方法 是要执行两次的 , 在 operator+ 方法中 , // 第一次将 o2 对象拷贝给临时对象 // 第二次将 临时对象拷贝给接收 operator+ 方法返回值的对象 //但是在 Visual Studio 中编译后执行结果只拷贝了一次, 这是由于编译器优化的原因. // Windows 上 Visual Studio 的 C++ 编译器是 cl.exe // MAC 上 Xcode 的 C++ 编译器是 GNU g++ //在 VS 中, cl 编译器在 debug 模式下,会执行 rvo (return value) 优化 // rvo 优化 , 减少了1次拷贝和析构的操作 //在 release 模式下 , 会执行 nrvo 优化 // nrvo 优化 , 会进行 0 次拷贝 , 减少了 2 次拷贝和析构的操作 // 其优化方式是改写方法 , 直接将接收对象放入参数 , 在方法中就将返回对象赋值给接收对象了 //这两种优化都是编译器针对返回值进行的优化 //类内部定义云算符重载 //运算符重载 , "+" 号运算符进行重载 , // 其作用是让两个 Operator 的 number 成员变量相加 // 运算符重载的本质是按照一定格式定义一个方法 // 这个定义的方法中包含运算符 , 除运算符之外的其它符号可以省略简写 public: Operator operator+(const Operator& o1) { //+ 运算符的作用是 两个 Operator 对象, 进行操作得到第三个 Operator 对象 //第三个 Operator 对象的 number 变量 , 是前两个 Operator 对象之和 Operator o2; o2.number = this->number + o1.number; //o2 对象是存在栈内存中 , 返回 o2 操作出现了拷贝操作 //o2 会调用拷贝构造方法 , 拷贝到一个临时对象中 //如果返回值有接收的对象 , 那么又调用拷贝构造方法 , // 将这个临时对象又会被拷贝给接收对象 return o2; } }; //类外部定义云算符重载 // 使用该重载云算符时 , 将两个对象相乘 , 获得的第三个对象 , // 该对象的 number 成员变量值 , 是 前两个对象的 number 对象的乘积 Operator operator*(const Operator& o1, const Operator& o2) { //+ 运算符的作用是 两个 Operator 对象, 进行操作得到第三个 Operator 对象 //第三个 Operator 对象的 number 变量 , 是前两个 Operator 对象之和 Operator o3; o3.number = o1.number * o2.number; //o2 对象是存在栈内存中 , 返回 o2 操作出现了拷贝操作 //o2 会调用拷贝构造方法 , 拷贝到一个临时对象中 //如果返回值有接收的对象 , 那么又调用拷贝构造方法 , // 将这个临时对象又会被拷贝给接收对象 return o3; }
main 函数代码 :
// 003_Object_Oriented.cpp: 定义应用程序的入口点。 // #include "003_Object_Oriented.h" //引用 Student 类声明的头文件 #include "Student.h" #include "Instance.h" #include "Operator.h" using namespace std; void OOTest() { //在方法中直接声明 Student 对象, student 对象处于栈内存中 , //其作用域仅限于 OOTest 函数 , 方法执行完就会清理掉 Student student(18, 1); } void OOTest(int i) { //在方法中直接声明 Student 对象, student 对象处于栈内存中 , //其作用域仅限于 OOTest 函数 , 方法执行完就会清理掉 Student student(18, 1); } //友元函数实现 , 在类的外部修改类中的私有成员变量 age void changeAge(Student* student){ student->age = 88; } int main() { cout << "Hello Student" << endl; OOTest(); //在上面的 OOTest() 方法中的栈内存中创建了 Student 对象 //当 OOTest() 方法执行完毕后 , 就会释放掉 Student 对象 //使用 new 创建对象 , 注意该对象在堆内存中创建的 //用完之后需要使用 delete 释放该对象 Student* student = new Student(18, 1); //调用友元函数, 修改 student 对象类私有变量 age 的值 changeAge(student); //调用 getAge() 常量函数获取 student 对象的 age 成员变量值 //并将该值打印出来 cout<< "age : " << student->getAge() <<endl; //释放使用 new 申请的堆内存中的内存 delete student; //创建单例对象 Instance* instance = Instance::getInstance(); //打印单例对象中的变量值 cout << "单例 instance->number : " << instance->number << endl; //释放单例类 delete instance; //运算符重载 //注意这里的 Operator 对象 o1 和 o2 都在栈内存中 Operator o1; o1.number = 80; Operator o2; o2.number = 10; //运算符重载完整写法 //这是运算符重载的完整写法 , //其中的 .operator 和之后的 () 可以省略变成下面的简化写法 Operator o3 = o1.operator+(o2); //打印 o3 中的 number 变量值 cout << "内部定义的运算符重载完整写法结果 : " << o3.number << endl; //运算符重载简化写法 //+ 是在 Operator 类中自定义的运算符重载 //其作用是返回一个对象 , 其number成员变量值是 o1 和 o2 中number成员变量之和 Operator o4 = o1 + o2; //打印 o3 中的 number 变量值 cout << "内部定义的运算符重载简化写法结果 : " << o4.number << endl; //这里对栈内存说明一下 //在运算符重载实现的方法中 , 创建了 Operator 对象, //这个对象在方法返回时先拷贝给了一个临时对象 //这个临时对象是一个不可见的匿名对象 , 对外透明的 //返回该临时对象后 , 发现有 Operator o3 变量接收该对象 //再次将临时对象拷贝给 o3 对象 //测试类外部的运算符重载 //运算符重载完整写法 //这是运算符重载的完整写法 , //其中的 .operator 和之后的 () 可以省略变成下面的简化写法 Operator o5 = operator*(o1, o2); //打印 o5 中的 number 变量值 cout << "外部定义的运算符重载完整写法结果 : " << o5.number << endl; //运算符重载简化写法 //+ 是在 Operator 类中自定义的运算符重载 //其作用是返回一个对象 , 其number成员变量值是 o1 和 o2 中number成员变量之积 Operator o6 = o1 * o2; //打印 o6 中的 number 变量值 cout << "外部定义的运算符重载简化写法结果 : " << o6.number << endl; return 0;
运行结果 :
Hello Student Student() 构造方法 ~Student() 析构方法 Student() 构造方法 age : 88 ~Student() 析构方法 单例 instance->number : 888 Operator 对象执行拷贝操作 内部定义的运算符重载完整写法结果 : 90 Operator 对象执行拷贝操作 内部定义的运算符重载简化写法结果 : 90 Operator 对象执行拷贝操作 外部定义的运算符重载完整写法结果 : 800 Operator 对象执行拷贝操作 外部定义的运算符重载简化写法结果 : 800
