【C++ | 拷贝构造函数】一文了解C++的 拷贝(复制)构造函数

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⏰发布时间⏰：2024-06-07 21:05:34

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  • 🎄一、为什么需要 拷贝构造函数
  • 🎄二、什么是 拷贝构造函数
  • 🎄三、使用 拷贝构造函数
  • 🎄四、默认的 拷贝构造函数
  • 🎄五、总结


在这里插入图片描述

🎄一、为什么需要 拷贝构造函数

如果程序中出现需要 拷贝构造函数 的代码，而又没有提供拷贝构造函数时，系统会提供一个默认的拷贝构造函数，该函数只会完成浅拷贝而不会进行深拷贝，这就是为什么需要 拷贝构造函数 的原因。

关于浅拷贝、深拷贝的知识，可以看这篇文章：C++入门知识-拷贝构造函数-浅拷贝、深拷贝

下面用例子说明浅拷贝可能产生的问题：

// g++ 11_Copy_Constructor_Date.cpp
#include <iostream>
#include <stdio.h>

using namespace std;

class CDate
{
public:
	CDate(int year, int mon, int day);	// 构造函数声明
	~CDate();							// 析构函数声明

	void show()
	{
		//cout << "Date: " << m_year << "." << m_mon << "." << m_day << endl;
		cout << "Date: " << str << endl;
	}

private:
	int m_year;
	int m_mon;
	int m_day;
	char *str;
};

// 构造函数定义
CDate::CDate(int year, int mon, int day)
{
	m_year = year;
	m_mon = mon;
	m_day = day;
	str = new char[64];
	sprintf(str, "%4d.%02d.%02d", year,mon,day);
	cout << "Calling Constructor" << ", this=" << this <<endl;
}

// 析构函数定义
CDate::~CDate()
{
	cout << "Calling Destructor" << ", this=" << this <<endl;
	delete [] str;
}

int main()
{
	CDate date_1(2024,06,05);
	CDate date_2 = date_1;	// 调用拷贝构造函数
	
	date_1.show();
	date_2.show();
	
	return 0;
}

上面代码由于没有进行深拷贝，导致 double free 了的错误，因为浅拷贝只复制了str的值，在两个对象销毁时都delete了。
在这里插入图片描述

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🎄二、什么是 拷贝构造函数

拷贝构造函数，有些书也把其成为复制构造函数，其作用是将一个对象复制到新创建的对象中。

类的拷贝构造函数原型通常是这样的：类名(const 类名 &);。以CDate类为例，其拷贝构造函数如下：

CDate(const CDate &);

拷贝构造函数的几个特点：
1、函数名和类名相同，因为它也是构造函数的一种；
2、第一个参数必须是一个自身类类型的引用，且其他参数都有默认值。
3、第一个参数必须是自身类类型的引用的原因：如果不上引用则需要拷贝它的实参，为了要拷贝实参，又需要调用拷贝构造函数，如此无限循环；

清楚了这些之后，我们修改一下上个小节的代码，添加一个拷贝构造函数：

// g++ 11_Copy_Constructor_Date.cpp
#include <iostream>
#include <stdio.h>

using namespace std;

class CDate
{
public:
	CDate(int year, int mon, int day);	// 构造函数声明
	CDate(const CDate& date);			// 拷贝构造函数声明
	~CDate();							// 析构函数声明

	void show()
	{
		//cout << "Date: " << m_year << "." << m_mon << "." << m_day << endl;
		cout << "Date: " << str << endl;
	}

private:
	int m_year;
	int m_mon;
	int m_day;
	char *str;
};

// 构造函数定义
CDate::CDate(int year, int mon, int day)
{
	m_year = year;
	m_mon = mon;
	m_day = day;
	str = new char[64];
	sprintf(str, "%4d.%02d.%02d", year,mon,day);
	cout << "Calling Constructor" << ", this=" << this <<endl;
}

// 拷贝构造函数定义
CDate::CDate(const CDate& date)
{
	m_year = date.m_year;
	m_mon = date.m_mon;
	m_day = date.m_day;
	str = new char[64];
	sprintf(str, "%4d.%02d.%02d", m_year,m_mon,m_day);
	cout << "Calling Copy Constructor" << ", this=" << this <<endl;
}

// 析构函数定义
CDate::~CDate()
{
	cout << "Calling Destructor" << ", this=" << this <<endl;
	delete [] str;
}

int main()
{
	CDate date_1(2024,06,05);
	CDate date_2 = date_1;	// 调用date_2的拷贝构造函数
	
	date_1.show();
	date_2.show();
	
	return 0;
}

运行结果如下，添加拷贝构造函数后，运行不会报错，因为拷贝构造函数中重新new了内存：
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🎄三、使用 拷贝构造函数

为了使用 拷贝构造函数，我们必须清楚 拷贝构造函数 在什么情况下会被调用，然后再根据自己设计的类是否需要深拷贝来决定怎样定义该类的 拷贝构造函数。

会调用拷贝构造函数的几种情况：

  1. 使用同类型的对象去初始化另一个对象时。
    如下代码，使用了 date_1 初始化 date_2：
    CDate date_1(2024,06,05);
CDate date_2 = date_1;	// 调用date_2的拷贝构造函数
  2. 将一个对象作为实参传递给一个非引用类型的形参。
    void printDate(CDate date)
{
	date.show();
}
...
printDate(date_2);	// 实参传值到形参，调用拷贝构造函数
  3. 从一个返冋类型为非引用类型的函数返回一个对象。
    CDate g_date(2024,06,06);;
CDate getDate()
{
	return g_date;	// 3、返回对象时，调用拷贝构造函数
}

下面例子演示了调用拷贝构造函数的这三种场景：

// g++ 11_Copy_Constructor_Date.cpp
#include <iostream>
#include <stdio.h>

using namespace std;

class CDate
{
public:
	CDate(int year, int mon, int day);	// 构造函数声明
	CDate(const CDate& date);			// 拷贝构造函数声明
	~CDate();							// 析构函数声明

	void show()
	{
		//cout << "Date: " << m_year << "." << m_mon << "." << m_day << endl;
		cout << "Date: " << str << endl;
	}

private:
	int m_year;
	int m_mon;
	int m_day;
	char *str;
};

// 构造函数定义
CDate::CDate(int year, int mon, int day)
{
	m_year = year;
	m_mon = mon;
	m_day = day;
	str = new char[64];
	sprintf(str, "%4d.%02d.%02d", year,mon,day);
	cout << "Calling Constructor" << ", this=" << this <<endl;
}

// 拷贝构造函数定义
CDate::CDate(const CDate& date)
{
	m_year = date.m_year;
	m_mon = date.m_mon;
	m_day = date.m_day;
	str = new char[64];
	sprintf(str, "%4d.%02d.%02d", m_year,m_mon,m_day);
	cout << "Calling Copy Constructor" << ", this=" << this <<endl;
}

// 析构函数定义
CDate::~CDate()
{
	cout << "Calling Destructor" << ", this=" << this <<endl;
	delete [] str;
}

void printDate(CDate date)
{
	date.show();
}

CDate g_date(2024,06,06);;
CDate getDate()
{
	return g_date;	// 3、返回对象时，调用拷贝构造函数
}

int main()
{
	CDate date_1(2024,06,05);
	CDate date_2 = date_1;	// 1、调用date_2的拷贝构造函数
	
	date_1.show();
	date_2.show();
	cout << endl;
	
	printDate(date_2);	// 2、实参传值到形参，调用拷贝构造函数
	cout << endl;
	
	getDate();
	cout << endl;
	
	return 0;
}

运行结果：
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🎄四、默认的 拷贝构造函数

如果没有为一个类定义拷贝构造函数，则编译器会合成一个“默认拷贝构造函数”。

默认的拷贝构造函数会逐个复制非静态成员（ 成员复制也称为浅复制）的值到正在创建的对象中。根据成员类型有下面几种情况：
1、如果成员是内置类型，则直接复制；
2、如果成员本身就是类对象，则将使用这个类的拷贝构造函数来复制类对象；
3、如果成员是数组，默认的拷贝构造函数会逐元素地拷贝一个数组类型的成员。

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🎄五、总结

👉本文介绍C++的拷贝构造函数，为什么需要拷贝构造函数，什么是拷贝构造函数，怎么使用拷贝构造函数，默认拷贝构造函数。

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