詳解C++中對(duì)構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符的復(fù)制和移動(dòng)操作
復(fù)制構(gòu)造函數(shù)和復(fù)制賦值運(yùn)算符
從 C++ 11 中開(kāi)始，該語(yǔ)言支持兩種類型的分配：復(fù)制賦值和移動(dòng)賦值。 在本文中，“賦值”意味著復(fù)制賦值，除非有其他顯式聲明。 賦值操作和初始化操作都會(huì)導(dǎo)致對(duì)象被復(fù)制。
賦值：在將一個(gè)對(duì)象的值賦給另一個(gè)對(duì)象時(shí)，第一個(gè)對(duì)象將復(fù)制到第二個(gè)對(duì)象中。 因此，
Point a, b; ... a = b;
導(dǎo)致 b 的值被復(fù)制到 a 中。
初始化：在以下情況下將進(jìn)行初始化：聲明新對(duì)象、參數(shù)通過(guò)值傳遞給函數(shù)或值通過(guò)值從函數(shù)返回。
您可以為類類型的對(duì)象定義“復(fù)制”的語(yǔ)義。 例如，考慮此代碼：
TextFile a, b; a.Open( "FILE1.DAT" ); b.Open( "FILE2.DAT" ); b = a;
前面的代碼可能表示“將 FILE1.DAT 的內(nèi)容復(fù)制到 FILE2.DAT”，也可能表示“忽略 FILE2.DAT 并使 b 成為 FILE1.DAT 的另一個(gè)句柄”。 您必須將適當(dāng)?shù)膹?fù)制語(yǔ)義附加到每個(gè)類，如下所示。
通過(guò)將賦值運(yùn)算符 operator= 與對(duì)類類型的引用一起用作返回類型和 const 引用所傳遞的參數(shù)（例如，ClassName& operator=(const ClassName& x);）。
通過(guò)通過(guò)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。 有關(guān)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱聲明構(gòu)造函數(shù)的規(guī)則。
如果不聲明復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，編譯器將為你生成 member-wise 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。 如果不聲明復(fù)制賦值運(yùn)算符，編譯器將為你生成 member-wise 復(fù)制賦值運(yùn)算符。 聲明復(fù)制構(gòu)造函數(shù)不會(huì)取消編譯器生成的復(fù)制賦值運(yùn)算符，反之亦然。 如果實(shí)現(xiàn)上述其中一項(xiàng)，建議您還實(shí)現(xiàn)另一項(xiàng)以使代碼的含義變得明確。
逐個(gè)成員賦值和初始化 中更詳細(xì)地介紹了逐個(gè)成員賦值。
復(fù)制構(gòu)造函數(shù)采用了 class-name& 類型的參數(shù)，其中 class-name 是為其定義構(gòu)造函數(shù)的類的名稱。 例如:
// spec1_copying_class_objects.cpp
class Window
{
public:
Window( const Window& ); // Declare copy constructor.
// ...
};
int main()
{
}
說(shuō)明：
盡可能創(chuàng)建該類型的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的參數(shù) const class-name&。 這可防止復(fù)制構(gòu)造函數(shù)意外更改從中復(fù)制它的對(duì)象。 它還支持從 const 對(duì)象進(jìn)行復(fù)制。
編譯器生成的構(gòu)造函數(shù)
編譯器生成的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)（如用戶定義的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)）具有單個(gè)參數(shù)類型“對(duì) class-name 的引用”。 當(dāng)所有基類和成員類都具有聲明為采用 const class-name& 類型的單個(gè)參數(shù)的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)時(shí)，將引發(fā)異常。 在這種情況下，編譯器生成的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)也是 const。
當(dāng)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)類型不是 const 時(shí)，通過(guò)復(fù)制 const 對(duì)象進(jìn)行初始化將產(chǎn)生錯(cuò)誤。 反之則不然：如果參數(shù)是 const，您可以通過(guò)復(fù)制不是 const 的對(duì)象進(jìn)行初始化。
編譯器生成的賦值運(yùn)算符遵循關(guān)于 const 的相同模式。 除非所有基類和成員類中的賦值運(yùn)算符都采用 const class-name& 類型的參數(shù)，否則它們將采用 class-name& 類型的單個(gè)參數(shù)。 在這種情況下，類的生成的賦值運(yùn)算符采用 const 參數(shù)。
說(shuō)明：
當(dāng)虛擬基類由復(fù)制構(gòu)造函數(shù)（編譯器生成或用戶定義的）初始化時(shí)，將只初始化這些基類一次：在構(gòu)造它們時(shí)。
含義類似于復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的含義。 當(dāng)參數(shù)類型不是 const 時(shí)，從 const 對(duì)象賦值將產(chǎn)生錯(cuò)誤。 反之則不然：如果將 const 值賦給不是 const 的值，則賦值能成功。
移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值運(yùn)算符
下面的示例基于用于管理內(nèi)存緩沖區(qū)的 C++ 類 MemoryBlock。
// MemoryBlock.h
#pragma once
#include <iostream>
#include <algorithm>
class MemoryBlock
{
public:
// Simple constructor that initializes the resource.
explicit MemoryBlock(size_t length)
: _length(length)
, _data(new int[length])
{
std::cout << "In MemoryBlock(size_t). length = "
<< _length << "." << std::endl;
}
// Destructor.
~MemoryBlock()
{
std::cout << "In ~MemoryBlock(). length = "
<< _length << ".";
if (_data != nullptr)
{
std::cout << " Deleting resource.";
// Delete the resource.
delete[] _data;
}
std::cout << std::endl;
}
// Copy constructor.
MemoryBlock(const MemoryBlock& other)
: _length(other._length)
, _data(new int[other._length])
{
std::cout << "In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = "
<< other._length << ". Copying resource." << std::endl;
std::copy(other._data, other._data + _length, _data);
}
// Copy assignment operator.
MemoryBlock& operator=(const MemoryBlock& other)
{
std::cout << "In operator=(const MemoryBlock&). length = "
<< other._length << ". Copying resource." << std::endl;
if (this != &other)
{
// Free the existing resource.
delete[] _data;
_length = other._length;
_data = new int[_length];
std::copy(other._data, other._data + _length, _data);
}
return *this;
}
// Retrieves the length of the data resource.
size_t Length() const
{
return _length;
}
private:
size_t _length; // The length of the resource.
int* _data; // The resource.
};
以下過(guò)程介紹如何為示例 C++ 類編寫(xiě)移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值運(yùn)算符。
為 C++ 創(chuàng)建移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)
定義一個(gè)空的構(gòu)造函數(shù)方法，該方法采用一個(gè)對(duì)類類型的右值引用作為參數(shù)，如以下示例所示：
MemoryBlock(MemoryBlock&& other)
: _data(nullptr)
, _length(0)
{
}
在移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)中，將源對(duì)象中的類數(shù)據(jù)成員添加到要構(gòu)造的對(duì)象：
_data = other._data; _length = other._length;
將源對(duì)象的數(shù)據(jù)成員分配給默認(rèn)值。 這樣可以防止析構(gòu)函數(shù)多次釋放資源（如內(nèi)存）：
other._data = nullptr; other._length = 0;
為 C++ 類創(chuàng)建移動(dòng)賦值運(yùn)算符
定義一個(gè)空的賦值運(yùn)算符，該運(yùn)算符采用一個(gè)對(duì)類類型的右值引用作為參數(shù)并返回一個(gè)對(duì)類類型的引用，如以下示例所示：
MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other)
{
}
在移動(dòng)賦值運(yùn)算符中，如果嘗試將對(duì)象賦給自身，則添加不執(zhí)行運(yùn)算的條件語(yǔ)句。
if (this != &other)
{
}
在條件語(yǔ)句中，從要將其賦值的對(duì)象中釋放所有資源（如內(nèi)存）。
以下示例從要將其賦值的對(duì)象中釋放 _data 成員：
// Free the existing resource. delete[] _data;
執(zhí)行第一個(gè)過(guò)程中的步驟 2 和步驟 3 以將數(shù)據(jù)成員從源對(duì)象轉(zhuǎn)移到要構(gòu)造的對(duì)象：
// Copy the data pointer and its length from the // source object. _data = other._data; _length = other._length; // Release the data pointer from the source object so that // the destructor does not free the memory multiple times. other._data = nullptr; other._length = 0;
返回對(duì)當(dāng)前對(duì)象的引用，如以下示例所示：
return *this;
以下示例顯示了 MemoryBlock 類的完整移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值運(yùn)算符：
// Move constructor.
MemoryBlock(MemoryBlock&& other)
: _data(nullptr)
, _length(0)
{
std::cout << "In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = "
<< other._length << ". Moving resource." << std::endl;
// Copy the data pointer and its length from the
// source object.
_data = other._data;
_length = other._length;
// Release the data pointer from the source object so that
// the destructor does not free the memory multiple times.
other._data = nullptr;
other._length = 0;
}
// Move assignment operator.
MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other)
{
std::cout << "In operator=(MemoryBlock&&). length = "
<< other._length << "." << std::endl;
if (this != &other)
{
// Free the existing resource.
delete[] _data;
// Copy the data pointer and its length from the
// source object.
_data = other._data;
_length = other._length;
// Release the data pointer from the source object so that
// the destructor does not free the memory multiple times.
other._data = nullptr;
other._length = 0;
}
return *this;
}
以下示例演示移動(dòng)語(yǔ)義如何能提高應(yīng)用程序的性能。此示例將兩個(gè)元素添加到一個(gè)矢量對(duì)象，然后在兩個(gè)現(xiàn)有元素之間插入一個(gè)新元素。在 Visual C++ 2010 中，vector 類使用移動(dòng)語(yǔ)義，通過(guò)移動(dòng)矢量元素（而非復(fù)制它們）來(lái)高效地執(zhí)行插入操作。
// rvalue-references-move-semantics.cpp
// compile with: /EHsc
#include "MemoryBlock.h"
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
// Create a vector object and add a few elements to it.
vector<MemoryBlock> v;
v.push_back(MemoryBlock(25));
v.push_back(MemoryBlock(75));
// Insert a new element into the second position of the vector.
v.insert(v.begin() + 1, MemoryBlock(50));
}
該示例產(chǎn)生下面的輸出：
In MemoryBlock(size_t). length = 25. In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 25. Moving resource. In ~MemoryBlock(). length = 0. In MemoryBlock(size_t). length = 75. In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 25. Moving resource. In ~MemoryBlock(). length = 0. In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 75. Moving resource. In ~MemoryBlock(). length = 0. In MemoryBlock(size_t). length = 50. In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 50. Moving resource. In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 50. Moving resource. In operator=(MemoryBlock&&). length = 75. In operator=(MemoryBlock&&). length = 50. In ~MemoryBlock(). length = 0. In ~MemoryBlock(). length = 0. In ~MemoryBlock(). length = 25. Deleting resource. In ~MemoryBlock(). length = 50. Deleting resource. In ~MemoryBlock(). length = 75. Deleting resource.
使用移動(dòng)語(yǔ)義的此示例版本比不使用移動(dòng)語(yǔ)義的版本更高效，因?yàn)榍罢邎?zhí)行的復(fù)制、內(nèi)存分配和內(nèi)存釋放操作更少。
可靠編程
若要防止資源泄漏，請(qǐng)始終釋放移動(dòng)賦值運(yùn)算符中的資源（如內(nèi)存、文件句柄和套接字）。
若要防止不可恢復(fù)的資源損壞，請(qǐng)正確處理移動(dòng)賦值運(yùn)算符中的自我賦值。
如果為您的類同時(shí)提供了移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值運(yùn)算符，則可以編寫(xiě)移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)來(lái)調(diào)用移動(dòng)賦值運(yùn)算符，從而消除冗余代碼。以下示例顯示了調(diào)用移動(dòng)賦值運(yùn)算符的移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的修改后的版本：
// Move constructor.
MemoryBlock(MemoryBlock&& other)
: _data(nullptr)
, _length(0)
{
*this = std::move(other);
}
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