C++：构造函数3——浅拷贝和深拷贝

一、默认拷贝构造函数

拷贝构造函数是一种特殊的构造函数（详情见：http://www.cnblogs.com/duwenxing/p/7429777.html），如果用户在定义类时没有显式地编写拷贝构造函数，那么C++编译器会在类中生成一个默认的拷贝构造函数。默认拷贝函数完成对象之间的位拷贝（即浅拷贝），换句话说就是用“旧对象”的成员对象对“新对象”的成员对象进行对应的一一赋值，如下：

Student:Student(const Student &stu){
    Name=stu.Name;
    Age=stu.Age;
    Gender=stu.Gender;
}

在编写自定义的类时，如果对象之间的拷贝仅仅要求完成对象之间的位拷贝，就像上例所示，那么编译器提供的默认拷贝构造函数就可以满足需求了，此时编程者可以不必再显式地在类中定义拷贝构造函数，以提高编程效率。

特别注意：如何禁止默认拷贝构造函数的调用

假设我们在定义类时不希望该类的默认拷贝构造函数被调用，即禁止用该类的一个对象通过简单的“值传递”方式去拷贝该类的另一个对象，那么我们可以在类中声明一个私有的拷贝构造函数（注意是声明，我们并不需要定义该函数）。由于该拷贝构造函数是私有的，则当用户试图调用默认拷贝构造函数时，系统会报出一个编译错误。

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Student{
public:
    Student()=default;
    Student(string name){ //带参数的构造函数 
        Name=new string;//利用new为指针Name在内存中动态地分配空间
        *Name=name; 
    }
    ~Student(){ //析构函数 
        if(Name!=NULL){
            delete Name; //释放动态分配的空间
            Name=NULL; 
        }
    }
private:
    string *Name;
19     Student(const Student& stu);//将拷贝构造函数声明为私有 
}; 

int main(){
    Student stu1("Tomwenxing");
24     Student stu2=stu1; //错误！ 
    return 0;
} 

二、浅拷贝

浅拷贝，又称位拷贝，换句话说就是在进行对象拷贝时，只是用“旧对象”的成员对象对“新对象”的成员对象进行对应的一一赋值（就像默认拷贝构造函数做的那样）。如下图所示：

在大多数情况下，浅拷贝可以很好的完成工作。但如果类中含有动态成员或指针成员变量时，浅拷贝就会出现问题。例如：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Student{
public:
    Student()=default;
    Student(string name){ //带参数的构造函数 
        Name=new string;//利用new为指针Name在内存中动态地分配空间
        *Name=name; 
    }
11     Student(const Student &stu){ //浅拷贝 
12         Name=stu.Name;
13     }
    ~Student(){ //析构函数 
        if(Name!=NULL){
            delete Name; //释放动态分配的空间
            Name=NULL; 
        }
    }
private:
    string *Name;
}; 

int main(){
    Student stu1("Tomwenxing");
    Student stu2=stu1;
    return 0;
} 

上面的例子在运行时会报出运行错误，我们在这里简单分析一下为什么：

当我们定义了对象stu1之后，系统中的内存情况大致如下：

此时对象stu1中的成员指针变量Name指向内存在堆为其分配的空间。当我们调用拷贝构造函数并利用对象stu1来创建对象stu2时，由于执行的是浅拷贝，只是将对象成员变量之间的值进行简单的拷贝赋值，此时对象stu1会将自己的成员变量指针Name的值拷贝赋值给对象stu2的成员指针变量Name，也就是说指针stu1.Name和指针stu2.Name此时指向的是堆中的同一个空间。如下图所示：

当程序执行完毕需要将对象stu1和对象stu2进行销毁时，两个对象的析构函数将会对同一个内存空间释放两次，从而导致运行错误。为了解决这种问题，在拷贝对象时就不能是简单的浅拷贝，而应该是深拷贝。

三、深拷贝

以上面的例子为例，深拷贝时不是简单的将对象stu1的指针变量Name赋值给对象stu2的指针变量Name，而是在堆中为指针stu2.Name分配内存空间，并将指针stu1.Name所指空间中存储的内容拷贝给指针stu2.Name所指的内存空间。如下：

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Student{
public:
    Student()=default;
    Student(string name){ //带参数的构造函数 
        Name=new string;//利用new为指针Name在内存中动态地分配空间
        *Name=name; 
    }
11     Student(const Student &stu){ //深拷贝
12         Name=new string;
13         *Name=*(stu.Name);
14     }
    ~Student(){ //析构函数 
        if(Name!=NULL){
            delete Name; //释放动态分配的空间
            Name=NULL; 
        }
    }
private:
    string *Name;
}; 

int main(){
    Student stu1("Tomwenxing");
    Student stu2=stu1;
    return 0;
} 

上面的程序可以正确运行，在这里我们简单分析一下：

当我们定义了对象stu1之后，系统中的内存情况大致如下：

 

当对象stu2创建时，由于执行的是深拷贝，故会在堆中为对象stu2的指针Name重新分配空间，并将stu1.Name所指空间中存储的内容拷贝给stu2.Name所指的内存空间，此时系统中的内存情况大致如下：

此时指针stu1.Name和指针stu2.Name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”。

四、总结

假设一个类中拥有资源（堆或其他系统资源），当该类的一个对象对另一个对象进行拷贝时，系统对该类的资源进行了重新分配，那么这个过程就是深拷贝；反之若没有发生资源的重新分配而是简单的“值传递”，那么该过程就是浅拷贝。