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【转载】C++类中拷贝构造函数详解  

2013-03-15 17:59:12|  分类: C/C++ |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自玄机逸士《C++类中拷贝构造函数详解》

a. C++标准中提到“The default constructor, copy constructor and copy assignment operator, and destructor are special member functions.[Note: The implementation will implicitly declare these member functions for some class types when the program does not explicitly declare them. The implementation will implicitly define them if they are used.]”。即缺省构造函数、拷贝构造函数、拷贝赋值操作符和析构函数是特殊成员函数。

b. “Constructors do not have names. A special declarator syntax using an optional sequence of function- specifiers(inline, virtual and explicit) followed by the constructor’s class name followed by a parameter list is used to declare or define the constructor.” 构造函数没有名称。

c. 构造函数不能有返回类型,也不能由virtual, const, static 和 volatile来修饰。但可以由inline来修饰,事实上隐式构造函数就是用inline来修饰的。inline表示编译时展开,通常速度块;virtual表示运行时绑定,通常意味着灵活。

d. 类中存在虚函数或者有虚基类的情况下需要显式声明构造函数。拷贝构造函数也是如此。

f. 构造函数是一种特殊函数,而拷贝构造函数是一种特殊的构造函数。类X的构造函数的第一个参数必须为X&,或者const X&;除了第一个参数外,构造函数要么不存在其他参数,如果存在其他参数,其他参数必须有默认值。一个类可以有多个拷贝构造函数。它的形式如下:

X::X(X& x)
X::X(const X& x)
X::X(X& x, int a = 0, int b = 1…)

g. 什么时候会调用拷贝构造函数?
    以下三种情况出现时,会调用一个类的拷贝构造函数:
    1) 用一个已经实例化了的该类对象,去实例化该类的另外一个对象;
    2) 用该类的对象传值的方式作为一个函数的参数;
    3) 一个函数返回值为该类的一个对象。

 

运行下面代码以验证之:

#include <iostream>
using namespace std;

class CA
{
public:
         int a;
         int b;
public:
         inline CA()
         {
                   a = 1;
                   b = 1;
         }

         inline CA(int A, int B)
         {
                   a = A;
                   b = B;
         }

         inline CA(CA& x)
         {
                   a = x.a;
                   b = x.b;
                   cout << "copy constructor is called." << endl;
         }

         void printInfo()
         {
                   cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl;
         }
};

int someFun1(CA x)
{
         return x.a + x.b;
}

CA someFun2(int a, int b)
{
         CA ca(a, b);
         return ca;                                     
}

int main(void)
{
         CA a;
         // CA b();                                 // 不能用这种方式声明CA的对象b!
         CA c(10, 10);
         CA d(c);                                   // 情况1) -> 调用拷贝构造函数
         int anInt = someFun1(c);           // 情况2) -> 调用拷贝构造函数
         CA e = someFun2(11, 11);        // 情况3) -> 调用拷贝构造函数
 
         return 0;
}

运行结果:
copy constructor is called.
copy constructor is called.
copy constructor is called.

运行结果表明,上述结论是正确的。

h. 什么时候必须要显式声明拷贝构造函数?
    拷贝构造函数的作用就是用一个已经实例化了的该类对象,去实例化该类的另外一个对象。

1) 下面的代码并没有显式声明一个构造函数,编译器会自动为类CExample1生成一个缺省的隐式拷贝构造函数:
#include <iostream>
using namespace std;

class CExample1
{
private:
         int a;

public:
         CExample1(int b){a = b;}
         void SetValue(int a){this->a = a;}
         void Show(){cout << a << endl;}
};

int main(void)
{
         CExample1 A(100);
         CExample1 B = A;       // 调用了缺省的隐式拷贝构造函数
         CExample1 C(B);         // 调用了缺省的隐式拷贝构造函数

         B.Show();                    // 输出应该是100
         B.SetValue(90);
         B.Show();                    // 输出应该是90
         A.Show();                    // 输出应该是100
         C.Show();                    // 输出应该是100

         return 0;
}

输出为:

100
90
100
100

2) 如果有成员变量以指针形式存在,涉及动态内存分配等情况下,一定要显式声明拷贝构造函数。要注意到,如果需要显式定义拷贝构造函数,那么通常都是需要同时定义析构函数(因为通常涉及了动态内存分配),至于是否必须重载操作符“=”,要视情况而定。

#include <iostream>
using namespace std;

class CSomething
{
public:
         int a;
         int b;

public:
         CSomething(int a, int b)
         {this->a = a;  this->b = b;}
};

class CA
{
private:
         CSomething* sth;              // 以指针形式存在的成员变量

public:
         CA(CSomething* sth){this->sth = new CSomething(sth->a, sth->b);}
         ~CA()
         {
                   cout << "In the destructor of class CA..." << endl;
                   if (NULL != sth) delete sth;

         }
         void Show(){cout << "(" << sth->a << ", " << sth->b << ")" << endl;}
         void setValue(int a, int b){sth->a = a; sth->b = b;}
         void getSthAddress()
         {
                   cout << sth << endl;
         }
};
 
int main(void)
{
         CSomething sth(1, 2);
         CA ca(&sth);
         ca.Show();

         CA cb(ca);                                      // 调用缺省的隐式拷贝构造函数
         cb.Show();
 
         cb.setValue(2, 3);
         ca.Show();
         cb.Show();
 
         ca.getSthAddress();
         cb.getSthAddress();

         return 0;
}
上面的程序没有显式声明拷贝构造函数,运行结果如下:
C++类中的4个特殊函数 - 玄机逸士 - 玄机逸士博客

可见,ca和cb中的指针成员变量sth指向的是同一个内存地址(Console输出的第5、6行),这就是为什么在cb.setValue(2, 3)后,ca对应的内容也发生了改变(Console输出的第3、4行),而这不是我们所期望的;其次,我们生成了两个对象ca和cb,因此对两次调用析构函数,第一次调用析构函数的时候没有问题,因为此时sth里面有内容,第二次调用析构函数时,sth里面的内容由于在第一次调用析构函数的时候已经被delete了,所以会出现如上的错误提示。

保持其他代码不变,现在我们增加一个拷贝构造函数如下:
CA(CA& obj)
{
         sth = new CSomething((obj.sth)->a, (obj.sth)->b);
}
再运行上面的程序,所得到的结果如下:

C++类中的4个特殊函数 - 玄机逸士 - 玄机逸士博客

这次,ca和cb中的指针成员变量sth指向的不是同一个内存地址(Console输出的第5、6行)了,这就是为什么在cb.setValue(2, 3)后,ca对应的内容保持不变,而cb的内容该如愿地改为(2, 3)(Console输出的第3、4行);其次,析构函数也不会报告错误了。

3) 关于拷贝构造函数另外一个完整的例子,其中包含了copy constructor,destructor 和copy assignment operator。

#include <iostream>
using namespace std;

class Point
{
public:
int _x;
int _y;

public:
Point();
Point(int, int);
};

Point::Point()
{
_x = 0;
_y = 0;
}

Point::Point(int x, int y)
{
_x = x;
_y = y;
}

class CA
{
public:
Point* _point;

public:
CA()
{
_point = NULL;
}
CA(const Point*);
void setPointValues(int, int);
void printCoordinates();

// 需要增加的拷贝构造函数
CA(const CA&);
// 需要增加的析构函数
virtual ~CA();
// 需要增加的拷贝赋值函数
CA& operator = (const CA&);
};

CA::CA(const Point* point)
{
_point = new Point(); // 发生了动态内存分配!因此不能缺少析构函数。
_point->_x = point->_x;
_point->_y = point->_y;
}

// 需要增加的拷贝构造函数的实现
CA::CA(const CA& ca)
{
_point = new Point();
_point->_x = (ca._point)->_x;
_point->_y = (ca._point)->_y;
}

// 需要增加的析构函数的实现
CA::~CA()
{
if(NULL != _point) delete _point;
_point = NULL;
}

// 需要增加的拷贝赋值函数的实现
CA& CA::operator = (const CA& ca)
{
_point = new Point();
_point->_x = (ca._point)->_x;
_point->_y = (ca._point)->_y;

return *this;
}

void CA::setPointValues(int x, int y)
{
_point->_x = x;
_point->_y = y;
}

void CA::printCoordinates()
{
cout << "Coordinates = (" << _point->_x << ", " << _point->_y << ")" << endl;
}

int main(void)
{
Point apoint(1, 2);
CA ca(&apoint);
ca.printCoordinates();

CA cb(ca); // 调用拷贝构造函数
cb.printCoordinates();

cb.setPointValues(12, 12);
cb.printCoordinates();
ca.printCoordinates();

CA cc;
cc = cb; // 调用拷贝赋值函数
cc.printCoordinates();
cc.setPointValues(13, 13);

ca.printCoordinates();
cb.printCoordinates();
cc.printCoordinates();

return 0;
}


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