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  • [转载]“浅拷贝”与“深拷贝”

    对于普通类型的对象来说,它们之间的复制是很简单的,例如:
    int a=88;
    int b=a;
    类对象与普通对象不同,类对象内部结构一般较为复杂,存在各种成员变量。

    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,在这些复制过程中,会自动调用拷贝构造函数

    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:

    1. class Rect  
    2. {  
    3. private:  
    4.     int width;  
    5.     int height;  
    6. };  
    7.   
    8. Rect rect1;  
    9. 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:

    1. void fun1(Rect rect)  
    2. {  
    3.     ...  
    4. }  
    5.   
    6. int main()  
    7. {  
    8.     Rect rect1;  
    9.     fun1(rect1);    // 此时会进行对象的复制  
    10.     return 0;  
    11. }  

           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:

    1. Rect fun2()  
    2. {  
    3.     Rect rect;  
    4.     return rect;  
    5. }  
    6.   
    7. int main()  
    8. {  
    9.     Rect rect1;  
    10.     rect1=fun2();     
    11.     // 在fun2返回对象时,会执行对象复制,复制出一临时对象,  
    12.     // 然后将此临时对象“赋值”给rect1  
    13.     return 0;  
    14. }  

    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:

     

    1. Rect::Rect(const Rect& r)  
    2. {  
    3.     width = r.width;  
    4.     height = r.height;  
    5. }  

     

     

           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:

    1. class Rect  
    2. {  
    3. public:  
    4.     Rect()      // 构造函数,计数器加1  
    5.     {  
    6.         count++;  
    7.     }  
    8.     ~Rect()     // 析构函数,计数器减1  
    9.     {  
    10.         count--;  
    11.     }  
    12.     static int getCount()       // 返回计数器的值  
    13.     {  
    14.         return count;  
    15.     }  
    16. private:  
    17.     int width;  
    18.     int height;  
    19.     static int count;       // 一静态成员做为计数器  
    20. };  
    21.   
    22. int Rect::count = 0;        // 初始化计数器  
    23.   
    24. int main()  
    25. {  
    26.     Rect rect1;  
    27.     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;  
    28.     Rect rect2(rect1);   // 使用rect1复制rect2,此时应该有两个对象  
    29.     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;  
    30.     return 0;  
    31. }  

           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:

    1. class Rect  
    2. {  
    3. public:  
    4.     Rect()      // 构造函数,计数器加1  
    5.     {  
    6.         count++;  
    7.     }  
    8.     Rect(const Rect& r)   // 拷贝构造函数  
    9.     {  
    10.         width = r.width;  
    11.         height = r.height;  
    12.         count++;          // 计数器加1  
    13.     }  
    14.     ~Rect()     // 析构函数,计数器减1  
    15.     {  
    16.         count--;  
    17.     }  
    18.     static int getCount()   // 返回计数器的值  
    19.     {  
    20.         return count;  
    21.     }  
    22. private:  
    23.     int width;  
    24.     int height;  
    25.     static int count;       // 一静态成员做为计数器  
    26. };  

           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:

    1. class Rect  
    2. {  
    3. public:  
    4.     Rect()      // 构造函数,p指向堆中分配的一空间  
    5.     {  
    6.         p = new int(100);  
    7.     }  
    8.     ~Rect()     // 析构函数,释放动态分配的空间  
    9.     {  
    10.         if(p != NULL)     
    11.         {  
    12.             delete p;  
    13.         }  
    14.     }  
    15. private:  
    16.     int width;  
    17.     int height;  
    18.     int *p;     // 一指针成员  
    19. };  
    20.   
    21. int main()  
    22. {  
    23.     Rect rect1;  
    24.     Rect rect2(rect1);   // 复制对象  
    25.     return 0;  
    26. }  

           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.prect2.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:

    1. class Rect  
    2. {  
    3. public:  
    4.     Rect()      // 构造函数,p指向堆中分配的一空间  
    5.     {  
    6.         p = new int(100);  
    7.     }  
    8.     Rect(const Rect& r)  
    9.     {  
    10.         width = r.width;  
    11.         height = r.height;  
    12.         p = new int;    // 为新对象重新动态分配空间  
    13.         *p = *(r.p);  
    14.     }  
    15.     ~Rect()     // 析构函数,释放动态分配的空间  
    16.     {  
    17.         if(p != NULL)     
    18.         {  
    19.             delete p;  
    20.         }  
    21.     }  
    22. private:  
    23.     int width;  
    24.     int height;  
    25.     int *p;     // 一指针成员  
    26. };  

           此时,在完成对象的复制后,内存的一个大致情况如下:

     

     

    此时rect1prect2p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。

    1. class Rect 
    2. private
    3.     int width; 
    4.     int height; 
    5. }; 
    6.  
    7. Rect rect1; 
    8. 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:

    1. void fun1(Rect rect) 
    2.     ... 
    3.  
    4. int main() 
    5.     Rect rect1; 
    6.     fun1(rect1);    // 此时会进行对象的复制 
    7.     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:

    1. Rect fun2() 
    2.     Rect rect; 
    3.     return rect; 
    4.  
    5. int main() 
    6.     Rect rect1; 
    7.     rect1=fun2();    
    8.     // 在fun2返回对象时,会执行对象复制,复制出一临时对象, 
    9.     // 然后将此临时对象“赋值”给rect1 
    10.     return 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)。如果在类中没有显式地声明一个拷贝构造函数,那么,编译器将会自动生成一个默认的拷贝构造函数,该构造函数完成对象之间的位拷贝,即:浅拷贝。自定义拷贝构造函数是一种良好的编程风格,它可以阻止编译器形成默认的拷贝构造函数,提高源码效率。

    编译器默认的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,或者说最好自己重新编写拷贝构造函数。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:

     

    1. Rect::Rect(const Rect& r) 
    2.     width = r.width; 
    3.     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:

    1. class Rect 
    2. public
    3.     Rect()      // 构造函数,计数器加1 
    4.     { 
    5.         count++; 
    6.     } 
    7.     ~Rect()     // 析构函数,计数器减1 
    8.     { 
    9.         count--; 
    10.     } 
    11.     static int getCount()       // 返回计数器的值 
    12.     { 
    13.         return count; 
    14.     } 
    15. private
    16.     int width; 
    17.     int height; 
    18.     static int count;       // 一静态成员做为计数器 
    19. }; 
    20.  
    21. int Rect::count = 0;        // 初始化计数器 
    22.  
    23. int main() 
    24.     Rect rect1; 
    25.     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl; 
    26.     Rect rect2(rect1);   // 使用rect1复制rect2,此时应该有两个对象 
    27.     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl; 
    28.     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:

    1. class Rect 
    2. public
    3.     Rect()      // 构造函数,计数器加1 
    4.     { 
    5.         count++; 
    6.     } 
    7.     Rect(const Rect& r)   // 拷贝构造函数 
    8.     { 
    9.         width = r.width; 
    10.         height = r.height; 
    11.         count++;          // 计数器加1 
    12.     } 
    13.     ~Rect()     // 析构函数,计数器减1 
    14.     { 
    15.         count--; 
    16.     } 
    17.     static int getCount()   // 返回计数器的值 
    18.     { 
    19.         return count; 
    20.     } 
    21. private
    22.     int width; 
    23.     int height; 
    24.     static int count;       // 一静态成员做为计数器 
    25. }; 

    自己编写的拷贝构造函数的规定形式为: X(const X& a), 其中X为类的类型名,a为X类对象应用。拷贝构造函数的名称必须与类名称一致,函数的形式参数是本类型的一个引用变量,且必须是引用。       

    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。深拷贝和浅拷贝可以简单理解为:如果一个类拥有资源,当这个类的对象发生复制过程的时候,资源重新分配,这个过程就是深拷贝,反之,没有重新分配资源,就是浅拷贝。

     

        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:

    1. class Rect 
    2. public
    3.     Rect()      // 构造函数,p指向堆中分配的一空间 
    4.     { 
    5.         p = new int(100); 
    6.     } 
    7.     ~Rect()     // 析构函数,释放动态分配的空间 
    8.     { 
    9.         if(p != NULL)    
    10.         { 
    11.             delete p; 
    12.         } 
    13.     } 
    14. private
    15.     int width; 
    16.     int height; 
    17.     int *p;     // 一指针成员 
    18. }; 
    19.  
    20. int main() 
    21.     Rect rect1; 
    22.     Rect rect2(rect1);   // 复制对象 
    23.     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.prect2.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”。

    注意:以上问题对于普通的成员变量(非指针),如int iwidth 不会出现以上的问题,拷贝前后的两个类对象,iwidth的地址是不一样的。

     

        三、深拷贝

           在“深拷贝”的情况下,对于对象中动态成员,就不是仅仅简单地赋值了,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:

    1. class Rect 
    2. public
    3.     Rect()      // 构造函数,p指向堆中分配的一空间 
    4.     { 
    5.         p = new int(100); 
    6.     } 
    7.     Rect(const Rect& r) 
    8.     { 
    9.         width = r.width; 
    10.         height = r.height; 
    11.         p = new int;    // 为新对象重新动态分配空间 
    12.         *p = *(r.p); 
    13.     } 
    14.     ~Rect()     // 析构函数,释放动态分配的空间 
    15.     { 
    16.         if(p != NULL)    
    17.         { 
    18.             delete p; 
    19.         } 
    20.     } 
    21. private
    22.     int width; 
    23.     int height; 
    24.     int *p;     // 一指针成员 
    25. }; 

           此时,在完成对象的复制后,内存的一个大致情况如下:

     

     

    此时rect1prect2p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。

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