拷贝构造函数
拷贝构造函数
前言
上文中详解了构造函数和析构函数，本文详解类的六个默认成员函数中的第三个，拷贝构造函数，并辨析区分深拷贝与浅拷贝。
引入
在现实生活中，可能存在一个与你一样的自己，我们称其为双胞胎。
那在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢？
答案当然是有的, 拷贝构造函数就是来完成这一工作的。
拷贝构造函数
拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。
特征
- 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
- 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直接报错，因为会引发无穷递归调用。
//拷贝构造函数实例
class Date {
private:
int _year;
int _month;
int _day;
public:
Date(int year = 2024, int month = 10, int day = 28) {
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//拷贝构造函数实例
Date(const Date& date) {
_year = date._year;
_month = date._month;
_day = date._day;
}
};
int main(){
Date d1(2025, 2, 8);
Date d2(d1); //调用拷贝构造函数，用已有对象初始化新的对象
}
拷贝构造函数建议参数加上const
Date(const Date& date) {
//const 是为了防止别人写错，防止别人写成以下代码
date._year = _year; //不仔细看真看不出来，赔了夫人又折兵，会出现随机值
date._month = _month;
date._day = _day;
}
- 不加const可能会出现随机值。
拷贝构造函数参数传值会引发无穷递归的解释
解释前，我们需要明晰该概念： 函数调用前，需要先传参。
**C++**中传参时有如下要求：
- 内置类型，无要求，直接拷贝；
- 自定义类型，值传参，必须调用其拷贝构造函数
内置类型传参拷贝
C++内置类型拷贝
我们可以看到，
自定义类型传参拷贝
C++自定义类型拷贝
我们可以看到：
- 内置类型作为参数时，调用函数会直接进入函数内。。
- 自定义类型作为参数时，调用函数，会先调用其拷贝构造函数来拷贝。
此时再来看，若拷贝构造函数为值传递：
Date(const Date date) {
//下面解释会无穷递归调用
_year = date._year;
_month = date._month;
_day = date._day;
}
详细解释
栈帧基本概念
- 栈帧（Stack Frame）： 当一个函数被调用时，程序会为这个函数分配一个栈帧，其中存放了函数的参数、局部变量、返回地址等信息。
- 函数调用和返回： 每当一个函数调用完成后，其对应的栈帧会被释放。如果函数不断调用自身（递归），每次调用都会在栈上分配一个新的栈帧。如果没有合适的终止条件，栈帧会不断累积，最终导致栈空间耗尽（栈溢出）。
执行语句Date d2(d1)时，流程如下：
Date d2(d1)，执行该语句，参数列表匹配，会调用其拷贝构造函数，构造函数会创建一个栈帧，栈帧内空间存放有形参date。形参date是实参d1的一份拷贝，拷贝时会调用Date的拷贝构造函数，而拷贝构造函数Date(const Date date)，参数为自定义类型的值传递，自定义类型的值传递，同样会创建栈帧并调用其拷贝构造函数。- 拷贝构造函数继续传值引发对象的拷贝，之后会层层传值引发对象的拷贝的递归调用。
总结：调用 Date d2(d1)时，新分配一个拷贝构造函数的栈帧，同时栈帧内创建参数的副本，创建参数的副本时又不断分配新的栈帧，层层嵌套，无法返回，直至栈空间耗尽。
编译器生成的默认拷贝构造函数
若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。 默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。
默认构造函数做了什么？
- 对内置类型成员完成,，值拷贝/浅拷贝
- 对自定义类型，调用各自的拷贝构造函数，如果自定义类型没有拷贝构造函数，则值拷贝。
//默认拷贝构造函数
class Date_1 {
private:
int _year;
int _month;
int _day;
public:
Date_1(int year = 2024, int month = 10, int day = 28) {
this->_year = year;
this->_month = month;
this->_day = day;
}
/*Date_1(const Date_1& date) {
this->_year = date._year;
this->_month = date._month;
this->_day = date._day;
}*/
};
int main() {
Date_1 d1(2025, 6, 6);
Date_1 d2(d1);
return 0;
}
可以看到，编译器自动生成的默认拷贝构造函数，可以完成Date_1(类内均为自定义类型)的拷贝。
深拷贝与浅拷贝
再看如下代码：
class Stack {
private:
int* _base = nullptr; //C++11支持的成员变量缺省值
int _top = 0;
int _capacity = 0;
public:
Stack(int defaultCapacity = 4) {
this->_base = (int*)malloc(sizeof(int) * defaultCapacity);
if (this->_base == nullptr) {
perror("malloc failed\n");
return;
}
this->_capacity = defaultCapacity;
this->_top = 0;
}
~Stack() {
cout << " ~Stack" << endl;
free(this->_base);
this->_base = nullptr;
this->_capacity = 0;
this->_top = 0;
}
};
int main(){
Stack st1;
Stack st2(st1);
return 0;
}
运行结果如下：
这是为什么呢？原因就是浅拷贝的危害
-
值拷贝(浅拷贝)存在问题，值拷贝时，由于只是简单的值拷贝，导致两个栈类对象中，两个指针存下了同一块空间的地址。
-
析构函数完成的是对象中资源空间的清理和释放。可以看到，当两个栈对象的生命周期结束时，析构函数会调用了两次，那也就是说，会对同一块空间析构(释放)两次，这是这便是引发错误的原因。
-
隐患，由于两块空间的地址相同，我们对对象st1进行push操作时，也会改变对象st2中的值，这并不是我们所希望的。因此我们应该在此类场景中避免浅拷贝。
此类对象的拷贝构造函数需要实现深拷贝！
简单实现一个深拷贝。
//在拷贝构造函数中简单实现一个深拷贝 st2(st1)
Stack(const Stack& stack) {
this->_base = (int*)malloc(sizeof(int) * stack._capacity);
if (this->_base == nullptr) {
perror("malloc failed\n");
return;
}
memcpy(this->_base, stack._base, sizeof(int) * stack._top);
this->_top = stack._top;
this->_capacity = stack._capacity;
}
可以看到，实现深拷贝后，程序正常返回。
深浅拷贝总结
- 类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；主要是要防止浅拷贝后，两个对象内的成员指针指向同一块空间。
- 一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，且要实现深拷贝，否则就是浅拷贝。
拷贝构造函数典型使用场景
拷贝构造函数典型调用场景：
使用已存在的对象创建新对象。
Date d1(2025, 2, 11);
Date d2(d1); //调用拷贝构造函数
- 其作用是通过深拷贝或浅拷贝初始化一个新对象为已有对象的副本。。
函数参数类型为类类型对象。
Date Test(Date d); //自定义类型传参时，必须调用其拷贝构造
- 以值方式传递参数时，会调用一次拷贝构造函数创建形参d，存放在函数栈帧中。
函数返回值类型为类类型对象。
Date Test(Date d) {
Date temp(d); //使用已存在对象创建新对象
return temp; //返回式
}
- 函数返回temp时，若未启用返回值优化（RVO），会调用拷贝构造函数生成临时对象
总结需要实现拷贝构造的场景
声明：在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。
因此：
- 类中如果没有涉及资源申请时(如堆区的内存)，拷贝构造函数是否写都可以；
- 一旦涉及到资源申请时(开辟了堆区的空间)，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。
文章到此结束啦，以上便是要介绍的关于拷贝构造函数的所有内容。欢迎各位大佬在评论区讨论交流，如果觉得文章写的不错，还请留下免费的赞和收藏！