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C++中的拷貝構(gòu)造函數(shù)詳解

更新時間：2022年02月13日 10:28:10 作者：?？浦R云

大家好，本篇文章主要講的是C++中的拷貝構(gòu)造函數(shù)詳解，感興趣的同學(xué)趕快來看一看吧，對你有幫助的話記得收藏一下

C++拷貝構(gòu)造函數(shù)（復(fù)制構(gòu)造函數(shù)）詳解

拷貝和復(fù)制是一個意思，對應(yīng)的英文單詞都是copy。對于計算機(jī)來說，拷貝是指用一份原有的、已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)創(chuàng)建出一份新的數(shù)據(jù)，最終的結(jié)果是多了一份相同的數(shù)據(jù)。例如，將 Word 文檔拷貝到U盤去復(fù)印店打印，將 D 盤的圖片拷貝到桌面以方便瀏覽，將重要的文件上傳到百度網(wǎng)盤以防止丟失等，都是「創(chuàng)建一份新數(shù)據(jù)」的意思。

在 C++ 中，拷貝并沒有脫離它本來的含義，只是將這個含義進(jìn)行了“特化”，是指用已經(jīng)存在的對象創(chuàng)建出一個新的對象。從本質(zhì)上講，對象也是一份數(shù)據(jù)，因為它會占用內(nèi)存。

嚴(yán)格來說，對象的創(chuàng)建包括兩個階段，首先要分配內(nèi)存空間，然后再進(jìn)行初始化：

分配內(nèi)存很好理解，就是在堆區(qū)、棧區(qū)或者全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)留出足夠多的字節(jié)。這個時候的內(nèi)存還比較“原始”，沒有被“教化”，它所包含的數(shù)據(jù)一般是零值或者隨機(jī)值，沒有實際的意義。

初始化就是首次對內(nèi)存賦值，讓它的數(shù)據(jù)有意義。注意是首次賦值，再次賦值不叫初始化。初始化的時候還可以為對象分配其他的資源（打開文件、連接網(wǎng)絡(luò)、動態(tài)分配內(nèi)存等），或者提前進(jìn)行一些計算（根據(jù)價格和數(shù)量計算出總價、根據(jù)長度和寬度計算出矩形的面積等）等。說白了，初始化就是調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。

很明顯，這里所說的拷貝是在初始化階段進(jìn)行的，也就是用其它對象的數(shù)據(jù)來初始化新對象的內(nèi)存。

那么，如何用拷貝的方式來初始化一個對象呢？其實這樣的例子比比皆是，string 類就是一個典型的例子。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
void func(string str){
    cout<<str<<endl;
}
int main(){
    string s1 = "http://c.ttt.net";
    string s2(s1);
    string s3 = s1;
    string s4 = s1 + " " + s2;
    func(s1);
    cout<<s1<<endl<<s2<<endl<<s3<<endl<<s4<<endl;
   
    return 0;
}
運(yùn)行結(jié)果：
http://c.ttt.net
http://c.ttt.net
http://c.ttt.net
http://c.ttt.net
http://c.ttt.net http://c.ttt.net

s1、s2、s3、s4 以及 func() 的形參 str，都是使用拷貝的方式來初始化的。
對于 s1，表面上看起來是將一個字符串直接賦值給了 s1，實際上在內(nèi)部進(jìn)行了類型轉(zhuǎn)換，將 const char * 類型轉(zhuǎn)換為 string 類型后才賦值的。s4 也是類似的道理。

對于 s1、s2、s3、s4，都是將其它對象的數(shù)據(jù)拷貝給當(dāng)前對象，以完成當(dāng)前對象的初始化。

對于 func() 的形參 str，其實在定義時就為它分配了內(nèi)存，但是此時并沒有初始化，只有等到調(diào)用 func() 時，才會將其它對象的數(shù)據(jù)拷貝給 str 以完成初始化。

當(dāng)以拷貝的方式初始化一個對象時，會調(diào)用一個特殊的構(gòu)造函數(shù)，就是拷貝構(gòu)造函數(shù)（Copy Constructor）。

下面的例子演示了拷貝構(gòu)造函數(shù)的定義和使用：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Student{
public:
    Student(string name = "", int age = 0, float score = 0.0f);  //普通構(gòu)造函數(shù)
    Student(const Student &stu);  //拷貝構(gòu)造函數(shù)（聲明）
public:
    void display();
private:
    string m_name;
    int m_age;
    float m_score;
};
Student::Student(string name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){ }
//拷貝構(gòu)造函數(shù)（定義）
Student::Student(const Student &stu){
    this->m_name = stu.m_name;
    this->m_age = stu.m_age;
    this->m_score = stu.m_score;
   
    cout<<"Copy constructor was called."<<endl;
}
void Student::display(){
    cout<<m_name<<"的年齡是"<<m_age<<"，成績是"<<m_score<<endl;
}
int main(){
    Student stu1("小明", 16, 90.5);
    Student stu2 = stu1;  //調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)
    Student stu3(stu1);  //調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)
    stu1.display();
    stu2.display();
    stu3.display();
   
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

Copy constructor was called.
Copy constructor was called.
小明的年齡是16，成績是90.5
小明的年齡是16，成績是90.5
小明的年齡是16，成績是90.5

第 8 行是拷貝構(gòu)造函數(shù)的聲明，第 20 行是拷貝構(gòu)造函數(shù)的定義?？截悩?gòu)造函數(shù)只有一個參數(shù)，它的類型是當(dāng)前類的引用，而且一般都是 const 引用。

1) 為什么必須是當(dāng)前類的引用呢？

如果拷貝構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)不是當(dāng)前類的引用，而是當(dāng)前類的對象，那么在調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)時，會將另外一個對象直接傳遞給形參，這本身就是一次拷貝，會再次調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)，然后又將一個對象直接傳遞給了形參，將繼續(xù)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)……這個過程會一直持續(xù)下去，沒有盡頭，陷入死循環(huán)。

只有當(dāng)參數(shù)是當(dāng)前類的引用時，才不會導(dǎo)致再次調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)，這不僅是邏輯上的要求，也是 C++ 語法的要求。

2) 為什么是 const 引用呢？

拷貝構(gòu)造函數(shù)的目的是用其它對象的數(shù)據(jù)來初始化當(dāng)前對象，并沒有期望更改其它對象的數(shù)據(jù)，添加 const 限制后，這個含義更加明確了。

另外一個原因是，添加 const 限制后，可以將 const 對象和非 const 對象傳遞給形參了，因為非 const 類型可以轉(zhuǎn)換為 const 類型。如果沒有 const 限制，就不能將 const 對象傳遞給形參，因為 const 類型不能轉(zhuǎn)換為非 const 類型，這就意味著，不能使用 const 對象來初始化當(dāng)前對象了。

以上面的 Student 類為例，將 const 去掉后，拷貝構(gòu)造函數(shù)的原型變?yōu)椋?br />Student::Student(Student &stu);

此時，下面的代碼就會發(fā)生錯誤：

const Student stu1("小明", 16, 90.5);
Student stu2 = stu1;
Student stu3(stu1);

stu1 是 const 類型，在初始化 stu2、stu3 時，編譯器希望調(diào)用Student::Student(const Student &stu)，但是這個函數(shù)卻不存在，又不能將 const Student 類型轉(zhuǎn)換為 Student 類型去調(diào)用Student::Student(Student &stu)，所以最終調(diào)用失敗了。

當(dāng)然，你也可以再添加一個參數(shù)為 const 引用的拷貝構(gòu)造函數(shù)，這樣就不會出錯了。換句話說，一個類可以同時存在兩個拷貝構(gòu)造函數(shù)，一個函數(shù)的參數(shù)為 const 引用，另一個函數(shù)的參數(shù)為非 const 引用。

默認(rèn)拷貝構(gòu)造函數(shù)

在前面的教程中，我們還沒有講解拷貝構(gòu)造函數(shù)，但是卻已經(jīng)在使用拷貝的方式創(chuàng)建對象了，并且也沒有引發(fā)什么錯誤。這是因為，如果程序員沒有顯式地定義拷貝構(gòu)造函數(shù)，那么編譯器會自動生成一個默認(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)。這個默認(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)很簡單，就是使用“老對象”的成員變量對“新對象”的成員變量進(jìn)行一一賦值，和上面 Student 類的拷貝構(gòu)造函數(shù)非常類似。

對于簡單的類，默認(rèn)拷貝構(gòu)造函數(shù)一般是夠用的，我們也沒有必要再顯式地定義一個功能類似的拷貝構(gòu)造函數(shù)。但是當(dāng)類持有其它資源時，如動態(tài)分配的內(nèi)存、打開的文件、指向其他數(shù)據(jù)的指針、網(wǎng)絡(luò)連接等，默認(rèn)拷貝構(gòu)造函數(shù)就不能拷貝這些資源，我們必須顯式地定義拷貝構(gòu)造函數(shù)，以完整地拷貝對象的所有數(shù)據(jù)。