本文主要是介绍csdner:bluescorpio, “浅拷贝”与“深拷贝”(C++_Parser),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
C++中对象的复制就如同“克隆”,用一个已有的对象快速地复制出多个完全相同的对象。一般而言,以下三种情况都会使用到对象的复制:
(1)建立一个新对象,并用另一个同类的已有对象对新对象进行初始化,例如:
class Rect
{
private:int width;int height;
};Rect rect1;
Rect rect2(rect1); // 使用rect1初始化rect2,此时会进行对象的复制
(2)当函数的参数为类的对象时,这时调用此函数时使用的是值传递,也会产生对象的复制,例如:
void fun1(Rect rect)
{...
}int main()
{Rect rect1;fun1(rect1); // 此时会进行对象的复制return 0;
}
(3)函数的返回值是类的对象时,在函数调用结束时,需要将函数中的对象复制一个临时对象并传给改函数的调用处,例如:
Rect fun2()
{Rect rect;return rect;
}int main()
{Rect rect1;rect1=fun2(); // 在fun2返回对象时,会执行对象复制,复制出一临时对象,// 然后将此临时对象“赋值”给rect1return 0;
}
对象的复制都是通过一种特殊的构造函数来完成的,这种特殊的构造函数就是拷贝构造函数(copy constructor,也叫复制构造函数)。拷贝构造函数在大多数情况下都很简单,甚至在我们都不知道它存在的情况下也能很好发挥作用,但是在一些特殊情况下,特别是在对象里有动态成员的时候,就需要我们特别小心地处理拷贝构造函数了。下面我们就来看看拷贝构造函数的使用。
一、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:
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:
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进行了一下小小的修改,加入了一个静态成员,目的是进行计数,统计创建的对象的个数,在每个对象创建时,通过构造函数进行递增,在销毁对象时,通过析构函数进行递减。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。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,解决的办法就是重新编写拷贝构造函数,在拷贝构造函数中加入对计数器的处理,形成的拷贝构造函数如下:
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
};
自己编写拷贝构造函数又可以分为两种情况——浅拷贝与深拷贝。
二、浅拷贝
所谓浅拷贝,指的是在对象复制时,只是对对象中的数据成员进行简单的赋值,上面的例子都是属于浅拷贝的情况,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:
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,所以此时rect1.p和rect2.p具有相同的值,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”。
三、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:
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”。
此外,在与“对象的复制”很类似的“对象的赋值”的情况下,也会出现同样的问题。在“对象的赋值”一文中再来讨论此问题。
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。
参考文献:
《C++程序设计》 谭浩强
《C++编程思想 第1卷》 Bruce Eckel
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