C++拷贝构造函数和赋值运算符重载详解
更新时间：2024年05月25日 14:33:46 作者：24k纯甄
拷贝构造函数是特殊的构造函数,是用一个已经存在的对象,赋值拷贝给另一个新创建的已经存在的对象,这篇文章主要介绍了C++拷贝构造函数和赋值运算符重载,需要的朋友可以参考下
一，拷贝构造函数
1. 什么是拷贝构造函数
拷贝构造函数是特殊的构造函数。是用一个已经存在的对象，赋值拷贝给另一个新创建的已经存在的对象。
本质：用同类型的对象拷贝初始化。
2. 拷贝构造函数的特性
拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：
2.1 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
2.2 拷贝构造函数的函数名域类名相同，参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为在语法上引发无穷递归调用。
注意：
Date d2(d1); 这句代码也等价于Date d2 = d1;也是拷贝构造的写法。
#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//拷贝构造函数
//参数只有一个，必须是类类型对象的引用。
//Date d2(d1);
Date(Date& d) //传引用，正确写法
//Date(Date d) //传值，错误写法
{
//用来检测是否调用该拷贝构造函数
cout << "Date(Date& d)" << endl;
//d1是d的别名，隐含的this就是d2,相当于把d1的值拷贝给d2
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
int main()
{
Date d1(2024,4,21);
d1.Print();
//d2对象不在按指定年月日初始化，而是想和d1对象初始化一样
//拷贝构造：用同类型的对象拷贝初始化
Date d2(d1);//这句代码也等价于Date d2 = d1;也是拷贝构造的写法
d2.Print();
return 0;
}
如果是传值的方式，如上述代码中的错误写法，程序会直接报错。
这是为什么呢？
这是因为自定义类型传值传参要调用拷贝构造，而内置类型就是直接拷贝。
通过下面的代码来侧面说明：
定义一个 func 函数，把类对象 d1 传值过去，运行的结果是调用func之前会先调用拷贝构造函数。
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(Date& d)
{
//用来检测是否调用该拷贝构造函数
cout << "Date(Date& d)" << endl;
//d1是d的别名，隐含的this就是d2,相当于把d1的值拷贝给d2
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
void func(Date d)
{
d.Print();
}
int main()
{
Date d1(2024, 4, 12);
//调用func之前会先进入拷贝构造函数
func(d1);
return 0;
}
所以在 2.2 的代码中，如果进行传值调用，则在语法逻辑上会出现如下的无穷递归：
那如何让它不调用拷贝构造呢？
方式1：传地址（相当于变为内置类型）
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(Date& d)
{
//用来检测是否调用该拷贝构造函数
cout << "Date(Date& d)" << endl;
//d1是d的别名，隐含的this就是d2,相当于把d1的值拷贝给d2
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
void func(Date* d)
{
d->Print();
}
int main()
{
Date d1(2024, 4, 12);
func(&d1);
return 0;
}
方式2：传引用（一般都是传引用）。
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(Date& d)
{
//用来检测是否调用该拷贝构造函数
cout << "Date(Date& d)" << endl;
//d1是d的别名，隐含的this就是d2,相当于把d1的值拷贝给d2
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
void func(Date& d)//d是d1的别名
{
d.Print();
}
int main()
{
Date d1(2024, 4, 12);
//调用func之前会先进入拷贝构造函数
func(d1);
return 0;
}
那有些人会想，拷贝构造函数能不能用指针呢？这能不能避免无穷递归？
答案：可以的。可以完成拷贝，但是此时这个函数就不是拷贝构造函数了，而是一个普通的构造函数。
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//用指针就不会形成无穷递归，但此时它就是一个普通构造了，不是拷贝构造。
//感觉怪怪的，所以一般用引用
Date(Date* d)
{
_year = d->_year;
_month = d->_month;
_day = d->_day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
int main()
{
Date d2(2024, 4, 21);
Date d3(&d2);
d3.Print();
return 0;
}
说明：
虽然传地址可以避免无穷递归，并且可以完成拷贝，但是这样怪怪的。在C++中，一般是传引用。并且传引用可以减少拷贝，提高了效率。
在拷贝函数中还有一点就是：在传引用时一般要加 const 修饰。
在显式写拷贝构造函数时，参数写反了……(这就有点尴尬了)
运行结果是：拷贝一堆随机值。
加上 const 之后：
2.3.若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。
注意：
在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。
class Time
{
public:
Time()
{
_hour = 1;
_minute = 1;
_second = 1;
}
Time(const Time& t)
{
_hour = t._hour;
_minute = t._minute;
_second = t._second;
//检测是否调用了这个拷贝构造函数
cout << "Time::Time(const Time&)" << endl;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d1(2024, 4, 23);
// 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数
// 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构造函数
Date d2(d1);
d2.Print();
return 0;
}
2.4.编译器生成的默认拷贝构造函数已经可以完成字节序的值拷贝了，还需要自己显式实现吗？当然像日期类这样的类是没必要的。那么下面的类呢？验证一下试试？
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 3)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (NULL == _array)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(DataType data)
{
// CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
//注意：如果没有显示写析构函数，编译器也会自动生成。
//自动生成的析构对内置类型不做处理，自定义类型才会去调用它的析构
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = NULL;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType* _array;
int _capacity;
int _size;
};
int main()
{
Stack st1;
st1.Push(1);
st1.Push(1);
st1.Push(1);
Stack st2 = st1;
return 0;
}运行结果：完成了拷贝，但程序崩溃！
原因：
当栈调用默认生成的拷贝构造函数时，这种函数进行的是浅拷贝(值拷贝) 本质是按字节进行拷贝的。这可能会导致当两个对象指向同一块空间时，如_array，当st1 和st2生命周期结束时，两个对象会分别析构，就相当于释放了两次。 常见的数据结构，栈，队列，链表，树等都有这个问题。
解决方案：
深拷贝：当有指针指向资源时，会开辟建立一块和要拷贝的一模一样的空间，形状，再进行拷贝。
//实现栈的深拷贝
//Stack st2 = st1; //st是st1的别名
Stack(const Stack& st)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * st._capacity);
if (NULL == _array)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
//开辟好空间后再把值拷贝进去
memcpy(_array, st._array, sizeof(DataType) * st._size);
_size = st._size;
_capacity = st._capacity;
}
把上面栈的深拷贝的代码插入 2.4 的类中，调试结果是：
3. 实践总结
1.如果没有管理资源，一般情况下不需要写拷贝构造，用编译器默认生成的拷贝构造就可以。如 Date类；
2.如果都是自定义类型成员，内置类型成员没有指向资源，用编译器默认生成的拷贝构造就可以。如 MyQueue ；
（小技巧：一般情况下，不需要写析构的，就不需要写拷贝构造。）
3.如果内部有指针或者有一些值指向资源，需要显式写析构函数释放，通常就需要显式写拷贝构造完成深拷贝。如各种数据类型栈，队列，链表，树等。
二，赋值运算符重载
2.1 运算符重载
C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。
函数名字为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。
函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)
注意：
不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@ ;
重载操作符必须有一个类类型参数 ；
用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义 (这条仅供参考)；
作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this；
. * (调用成员函数的指针) ， :: (域作用限定符) ， sizeof (计算变量所占内存的大小) ，?: （三目运算符）， . (结构体变量引用符)，注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。
简单介绍一下 . * 运算符的用法：
class OB
{
public:
void func()
{
cout << "void func()" << endl;
}
};
//重新定义成员函数指针类型
//注意：typedef void(*)() PtrFunc; 是错误写法
typedef void (OB::* PtrFunc)();
int main()
{
//成员函数要加&才能取到函数指针
PtrFunc fp = &OB::func; //定义成员函数指针fp 指向函数func
OB tmp;//定义OB类对象tmp
(tmp.*fp)(); //调用成员函数的指针
return 0;
}运算符重载的使用：
class Date
{
public:
Date(int year , int month , int day )
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//d3.operator== (d4)
//d3传给了隐含的this指针，d是d4的别名
bool operator== (const Date & d)
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
//但是如果全局重载（没有private时)和成员函数同时存在，编译不会报错，
//调用时会默认调成员函数，相当于全局重载没有任何意义了。
int main()
{
Date d3(2024, 4, 12);
Date d4(2024, 4, 15);
//显式调用(一般不这样写)
//cout << d3.operator== (d4) << endl;
//转换调用 等价于d3.operator== (d4) 汇编代码
//注意：如果是两个操作数，从左到右的参数是对应的，不能颠倒位置
cout << (d3 == d4) << endl;
return 0;
}2.2 赋值运算符重载
2.2.1 赋值运算符重载格式
- 参数类型：const 类名 &，传递引用可以减少拷贝，提高传参效率；
- 返回值类型：类名 &，返回引用可以减少拷贝，提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值；
- 检测是否自己给自己赋值；
- 返回*this ：要复合连续赋值的含义.
class Date
{
public:
Date(int year = 2024, int month = 4, int day = 21)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//拷贝构造
Date(const Date& d)
{
cout << "Date(const Date& d)" << endl;
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
//d1 = d3
//void operator= (const Date& d)
//{
// _year = d._year;
// _month = d._month;
// _day = d._day;
//}
//有时候会带返回值:目的是为了连续拷贝
//d1 = d2 = d3;
//比如这里，d是d3的别名，从右往左，先d2 = d3,返回值是d2
Date& operator= (const Date& d)
{
//检测是否自己给自己赋值
if(this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
//这里的d2的地址是this ，*this就是d2。
//这里的*this才是对象本身，对象在main的作用域
//里创建的，因此出main作用域才会析构销毁，
//出了当前函数不会析构。所以可以用引用返回。
return *this;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
int main()
{
Date d1(2024, 4, 12);
//拷贝构造
//一个已经存在的对象，拷贝给另一个要创建初始化的对象
Date d2 = d1;
Date d3(2024, 5, 1);
//赋值拷贝/赋值重载
//一个已经存在的对象，拷贝赋值给另一个已经存在的对象
//d1 = d3;
//连续赋值
d1 = d2 = d3;
return 0;
}传值返回和传引用返回的区别：
class Date
{
public:
Date(int year, int minute, int day)
{
cout << "Date(int,int,int):" << this << endl;
}
Date(const Date& d)
{
cout << "Date(const Date& d):" << this << endl;
}
~Date()
{
cout << "~Date():" << this << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
Date Test(Date d)
{
Date temp(d);
return temp;
}
int main()
{
Date d1(2022,1,13);
Test(d1);
return 0;
}
总结一下：
如果返回对象是一个局部对象或者临时对象，出了当前函数作用域就析构销毁了，就不能用引用返回。用引用返回是存在风险的，因为引用对象在当前函数栈帧已经被销毁了。所以虽然引用返回可以减少一次拷贝，但是出了函数作用域，返回对象还在，才能用引用返回。
2.2.2 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数
注意：
重载成全局函数时就没有this指针了。
2.2.3 和拷贝构造类似，用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。
注意：
内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。
到此这篇关于C++拷贝构造函数和赋值运算符重载详解的文章就介绍到这了,更多相关C++拷贝构造函数和赋值运算符内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！
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