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  • C++本质:类的赋值运算符=的重载,以及深拷贝和浅拷贝

     

    关键词:构造函数,浅拷贝,深拷贝,堆栈(stack),堆heap,赋值运算符
    摘要:
        在面向对象程序设计中,对象间的相互拷贝和赋值是经常进行的操作。
        如果对象在申明的同时马上进行的初始化操作,则称之为拷贝运算。例如:
            class1 A("af"); class1 B=A;
         此时其实际调用的是B(A)这样的浅拷贝操作。
        如果对象在申明之后,在进行的赋值运算,我们称之为赋值运算。例如:
            class1 A("af"); class1 B;
            B=A;
            此时实际调用的类的缺省赋值函数B.operator=(A);
            不管是浅拷贝还是赋值运算,其都有缺省的定义。也就是说,即使我们不overload这两种operation,仍然可以运行。
    那么,我们到底需不需要overload这两种operation 呢?
            答案就是:一般,我们我们需要手动编写析构函数的类,都需要overload 拷贝函数和赋值运算符。

            
     下面介绍类的赋值运算符
    1.C++中对象的内存分配方式
            在C++中,对象的实例在编译的时候,就需要为其分配内存大小,因此,系统都是在stack上为其分配内存的。这一点和C#完全不同!千万记住:在C#中,所有类都是reference type,要创建类的实体,必须通过new在heap上为其分配空间,同时返回在stack上指向其地址的reference.
            因此,在C++中,只要申明该实例,在程序编译后,就要为其分配相应的内存空间,至于实体内的各个域的值,就由其构造函数决定了。
        例如:
        
    class A
    {
    public:
        A()
        {
        }
        A(int id,char *t_name)
        {
        _id=id;
        name=new char[strlen(t_name)+1];
        strcpy(name,t_name);
        }
        private:
            char *username;
            int _id;
    }

    int main()
    {
    A a(1,"herengang");
    A b;
    }

    在程序编译之后,a和b在stack上都被分配相应的内存大小。只不过对象a的域都被初始化,而b则都为随机值。
    其内存分配如下:


    2. 缺省情况下的赋值运算符
        如果我们执行以下:
        b=a;
            则其执行的是缺省定义的缺省的赋值运算。所谓缺省的赋值运算,是指对象中的所有位于stack中的域,进行相应的复制。但是,如果对象有位于heap上的域的话,其不会为拷贝对象分配heap上的空间,而只是指向相同的heap上的同一个地址。
            执行b=a这样的缺省的赋值运算后,其内存分配如下:

            因此,对于缺省的赋值运算,如果对象域内没有heap上的空间,其不会产生任何问题。但是,如果对象域内需要申请heap上的空间,那么在析构对象的时候,就会连续两次释放heap上的同一块内存区域,从而导致异常。
        ~A()
        {        
            delete name;
        }

    3.解决办法--重载(overload)赋值运算符
            因此,对于对象的域在heap上分配内存的情况,我们必须重载赋值运算符。当对象间进行拷贝的时候,我们必须让不同对象的成员域指向其不同的heap地址--如果成员域属于heap的话。    
    因此,重载赋值运算符后的代码如下:
    class A
    {
    public:

        A()
        {
        }
        A(int id,char *t_name)
        {
            _id=id;
            name=new char[strlen(t_name)+1];
            strcpy(name,t_name);
        }
        
        A& operator =(A& a)
    //注意:此处一定要返回对象的引用,否则返回后其值立即消失!
        {
                if(name!=NULL)
                    delete name;
            this->_id=a._id;
            int len=strlen(a.name);
            name=new char[len+1];
            strcpy(name,a.name);
            return *this;
        }

        ~A()
        {
            cout<<"~destructor"<<endl;
            delete name;
        }

        int _id;
        char *name;
    };

    int main()
    {
     A a(1,"herengang");
     A b;
     b=a;

    }

    其内存分配如下:

    这样,在对象a,b退出相应的作用域,其调用相应的析构函数,然后释放分别属于不同heap空间的内存,程序正常结束。


    references:
    类的深拷贝函数的重载
        public class A
    {
        public:
            ...
            A(A &a);//重载拷贝函数
            A& operator=(A &b);//重载赋值函数
            //或者 我们也可以这样重载赋值运算符 void operator=(A &a);即不返回任何值。如果这样的话,他将不支持客户代买中的链式赋值 ,例如a=b=c will be prohibited!
        private:
            int _id;
            char *username;
    }

    A::A(A &a)
    {
        _id=a._id;
        username=new char[strlen(a.username)+1];
        if(username!=NULL)
            strcpy(username,a.usernam);
    }

    A& A::operaton=(A &a)
    {
            if(this==&a)//  问:什么需要判断这个条件?(不是必须,只是优化而已)。答案:提示:考虑a=a这样的操作。
                return *this;
            if(username!=NULL)
                delete username;
            _id=a._id;
            username=new char[strlen(a.username)+1];
            if(username!=NULL)
                strcpy(username,a.usernam);
            return *this;    
    }
    //另外一种写法:
    void A::operation=(A &a)
    {
            if(username!=NULL)
                delete username;
            _id=a._id;
            username=new char[strlen(a.username)+1];
            if(username!=NULL)
                strcpy(username,a.usernam);
    }

    其实,从上可以看出,赋值运算符和拷贝函数很相似。只不过赋值函数最好有返回值(进行链式赋值),返回也最好是对象的引用(为什么不是对象本身呢?note2有讲解), 而拷贝函数不需要返回任何。同时,赋值函数首先要释放掉对象自身的堆空间(如果需要的话),然后进行其他的operation.而拷贝函数不需要如此,因为对象此时还没有分配堆空间。 

    note1:
        不要按值向函数传递对象。如果对象有内部指针指向动态分配的堆内存,丝毫不要考虑把对象按值传递给函数,要按引用传递。并记住:若函数不能改变参数对象的状态和目标对象的状态,则要使用const修饰符 

    note2:问题:
        对于类的成员需要动态申请堆空间的类的对象,大家都知道,我们都最好要overload其赋值函数和拷贝函数。拷贝构造函数是没有任何返回类型的,这点毋庸置疑。 而赋值函数可以返回多种类型,例如以上讲的void,类本身class1,以及类的引用 class &? 问,这几种赋值函数的返回各有什么异同?
        答:1 如果赋值函数返回的是void ,我们知道,其唯一一点需要注意的是,其不支持链式赋值运算,即a=b=c这样是不允许的!
              2 对于返回的是类对象本身,还是类对象的引用,其有着本质的区别!
                  第一:如果其返回的是类对象本身。
       A operator =(A& a)
        {
                if(name!=NULL)
                    delete name;
            this->_id=a._id;
            int len=strlen(a.name);
           name=new char[len+1];
            strcpy(name,a.name);
            return *this;
        }
              其过程是这样的:
                           class1 A("herengnag");
                            class1 B;   
                            B=A;
                        看似简单的赋值操作,其所有的过程如下:
                           1 释放对象原来的堆资源
                           2 重新申请堆空间
                           3 拷贝源的值到对象的堆空间的值
                           4 创建临时对象(调用临时对象拷贝构造函数),将临时对象返回
                           5. 临时对象结束,调用临时对象析构函数,释放临时对象堆内存
    my god,还真复杂!!
                但是,在这些步骤里面,如果第4步,我们没有overload 拷贝函数,也就是没有进行深拷贝。那么在进行第5步释放临时对象的heap 空间时,将释放掉的是和目标对象同一块的heap空间。这样当目标对象B作用域结束调用析构函数时,就会产生错误!!
                因此,如果赋值运算符返回的是类对象本身,那么一定要overload 类的拷贝函数(进行深拷贝)!
                第二:如果赋值运算符返回的是对象的引用,
       A& operator =(A& a)
        {
                if(name!=NULL)
                    delete name;
            this->_id=a._id;
            int len=strlen(a.name);
           name=new char[len+1];
            strcpy(name,a.name);
            return *this;
        }
            那么其过程如下:
                       1 释放掉原来对象所占有的堆空间
                       1.申请一块新的堆内存
                       2 将源对象的堆内存的值copy给新的堆内存
                       3 返回源对象的引用
                        4 结束。
        因此,如果赋值运算符返回的是对象引用,那么其不会调用类的拷贝构造函数,这是问题的关键所在!!
     
    完整代码如下:

    复制代码
    // virtual.cpp : Defines the entry point for the console application.
    //

    #include "stdafx.h"
    #include "string.h"
    #include "stdlib.h"
    #include "assert.h"

    class complex
    {
    public:
            int real;
            int virt;
    public:
        complex(){real=virt=0;}
        complex(int treal,int tvirt){real=treal;virt=tvirt;}
        complex operator+(const complex &x)
        {
            real+=x.real;
            virt+=x.virt;
            return *this;
        }
        complex operator=(const complex &x)
        {
            return complex(x.real,x.virt);
        }
    };


    class A
    {
    public:
        A(){m_username=NULL;printf("null constructor");}
        A(char *username)
        {
            int len;
            len=strlen(username);
            m_username=new char[len+1];//(char*)malloc(sizeof(len+1));
            strcpy(m_username,username);
            printf(" Username is %s ",m_username);
        }
        
        A(A &a);
        A operator=(A &b);
        int test(const int &x)
        {
            return x;
        }

        virtual ~A()
        {
        //    if(m_username)
            {
            delete m_username;
            printf(" A is destructed ");
            }
        }



    protected:
        char *m_username;

    };



    A::A(A &a)
    {

        int len=strlen(a.m_username);
        this->m_username=new char[len+2];
        strcpy(m_username,a.m_username);
        strcat(m_username,"f");
        printf(" deep copy function");
    }


    A A::operator=(A &b)
    {
        if(m_username)
            delete m_username;

        int len=strlen(b.m_username);
        this->m_username=new char[len+1];
        strcpy(m_username,b.m_username);
    //    printf("copied successfully!");
         return *this;
    }

     

    class B:public A
    {
    public:
        B(char *username,char *password):A(username)
        {
            int len=strlen(password)+1;
            m_password=new char[len];//(char *)malloc(sizeof(len));
            strcpy(m_password,password);
            printf("username:%s,password:%s ",m_username,m_password);
        }
        ~B()
        {
            delete m_password;
            printf("B is destructed ");
        }
    protected:
        char *m_password;
    };

    int main(int argc, char* argv[])
    {
    //    B b("herengang","982135");
    //    A *a=&b;
    //    delete a;
        A a("haha");
        A b;

        printf(" begin to invoke copy function");
        b=a;

    //    printf("%d",b.test(2));
        //complex x(1,3),y(1,4);
        //x=(x+y);
        //printf("%d,%d",x.real,x.virt);
        return 0;


    }

    复制代码

    1 重载赋值运算符返回结果为类对象的运行结果


    明显, 运算符最后调用了拷贝构造函数

    2 重载赋值运算符返回结果为类对象引用的运行结果

    很明显,没有调用拷贝构造函数

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