C++类中拷贝构造函数详解

a. C++标准中提到“The default constructor, copy constructor and copy assignment operator, and destructor are special member functions.[Note: The implementation will implicitly declare these member functions for some class types when the program does not explicitly declare them. The implementation will implicitly define them if they are used.]”。即缺省构造函数、拷贝构造函数、拷贝赋值操作符和析构函数是特殊成员函数。

b. “Constructors do not have names. A special declarator syntax using an optional sequence of function- specifiers(inline, virtual and explicit) followed by the constructor’s class name followed by a parameter list is used to declare or define the constructor.” 构造函数没有名称。

c. 构造函数不能有返回类型，也不能由virtual, const, static 和 volatile来修饰。但可以由inline来修饰，事实上隐式构造函数就是用inline来修饰的。inline表示编译时展开，通常速度块；virtual表示运行时绑定，通常意味着灵活。

d. 类中存在虚函数或者有虚基类的情况下需要显式声明构造函数。拷贝构造函数也是如此。

#include <iostream>
using namespace std;

class A{
public:
	A(){ cout << "A" << endl;}
	//virtual ~A(){ cout << "~A" << endl;}
	~A(){ cout << "~A" << endl;}
};
class B : public A{
public:
	B(){ cout << "B" << endl;}
	~B(){ cout << "~B" << endl;}
};
int main()
{
	A *a = new B();
	delete a;
	return 0;
}

输出:

A
B
~A
请按任意键继续. . .

一般情况下类的析构函数里面都是释放内存资源，而析构函数不被调用的话就会造成内存泄漏。我想所有的C++程序员都知道这样的危险性。当然，如果在析构函数中做了其他工作的话，那你的所有努力也都是白费力气。
这样做是为了当用一个基类的指针删除一个派生类的对象时，派生类的析构函数会被调用。
当然，并不是要把所有类的析构函数都写成虚函数。因为当类里面有虚函数的时候，编译器会给类添加一个虚函数表，里面来存放虚函数指针，这样就会增加类的存储空间。所以，只有当一个类被用来作为基类的时候，才把析构函数写成虚函数。

f. 构造函数是一种特殊函数，而拷贝构造函数是一种特殊的构造函数。类X的构造函数的第一个参数必须为X&，或者const X&；除了第一个参数外，构造函数要么不存在其他参数，如果存在其他参数，其他参数必须有默认值。一个类可以有多个拷贝构造函数。它的形式如下：

X::X(X& x)
X::X(const X& x)
X::X(X& x, int a = 0, int b = 1…)

g. 什么时候会调用拷贝构造函数？
    以下三种情况出现时，会调用一个类的拷贝构造函数：
    1) 用一个已经实例化了的该类对象，去实例化该类的另外一个对象；
    2) 用该类的对象传值的方式作为一个函数的参数；
    3) 一个函数返回值为该类的一个对象。

#include <iostream>
using namespace std;

class CA
{
public:
	int a;
	int b;
public:
	inline CA()
	{
		a = 1;
		b = 1;
	}

	inline CA(int A, int B)
	{
		a = A;
		b = B;
	}

	inline CA(CA& x)
	{
		a = x.a;
		b = x.b;
		cout << "copy constructor is called." << endl;
	}

	void printInfo()
	{
		cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl;
	}
};

int someFun1(CA x)
{
	return x.a + x.b;
}

CA someFun2(int a, int b)
{
	CA ca(a, b);
	return ca;                                      
}

int main(void)
{
	CA a;
	// CA b();                                 // 不能用这种方式声明CA的对象b！
	CA c(10, 10);
	CA d(c);                                   // 情况1) -> 调用拷贝构造函数
	int anInt = someFun1(c);           // 情况2) -> 调用拷贝构造函数
	CA e = someFun2(11, 11);        // 情况3) -> 调用拷贝构造函数

	return 0;
}

运行结果：
copy constructor is called.
copy constructor is called.
copy constructor is called.

运行结果表明，上述结论是正确的。

h. 什么时候必须要显式声明拷贝构造函数？
    拷贝构造函数的作用就是用一个已经实例化了的该类对象，去实例化该类的另外一个对象。

1) 下面的代码并没有显式声明一个构造函数，编译器会自动为类CExample1生成一个缺省的隐式拷贝构造函数：

#include <iostream>
using namespace std;

class CExample1
{
private:
         int a;

public:
         CExample1(int b){a = b;}
         void SetValue(int a){this->a = a;}
         void Show(){cout << a << endl;}
};

int main(void)
{
         CExample1 A(100);
         CExample1 B = A;       // 调用了缺省的隐式拷贝构造函数
         CExample1 C(B);         // 调用了缺省的隐式拷贝构造函数

         B.Show();                    // 输出应该是100
         B.SetValue(90);
         B.Show();                    // 输出应该是90
         A.Show();                    // 输出应该是100
         C.Show();                    // 输出应该是100

         return 0;
}

输出为：

100
90
100
100

2) 如果有成员变量以指针形式存在，涉及动态内存分配等情况下，一定要显式声明拷贝构造函数。要注意到，如果需要显式定义拷贝构造函数，那么通常都是需要同时定义析构函数(因为通常涉及了动态内存分配)，至于是否必须重载操作符“=”，要视情况而定。

#include <iostream>
using namespace std;

class CSomething
{
public:
         int a;
         int b;

public:
         CSomething(int a, int b)
         {this->a = a;  this->b = b;}
};

class CA
{
private:
         CSomething* sth;              // 以指针形式存在的成员变量

public:
         CA(CSomething* sth){this->sth = new CSomething(sth->a, sth->b);}
         ~CA()
         {
                   cout << "In the destructor of class CA..." << endl;
                   if (NULL != sth) delete sth;

         }
         void Show(){cout << "(" << sth->a << ", " << sth->b << ")" << endl;}
         void setValue(int a, int b){sth->a = a; sth->b = b;}
         void getSthAddress()
         {
                   cout << sth << endl;
         }
};
 
int main(void)
{
         CSomething sth(1, 2);
         CA ca(&sth);
         ca.Show();

         CA cb(ca);                                      // 调用缺省的隐式拷贝构造函数
         cb.Show();
 
         cb.setValue(2, 3);
         ca.Show();
         cb.Show();
 
         ca.getSthAddress();
         cb.getSthAddress();

         return 0;
}

上面的程序没有显式声明拷贝构造函数，运行结果如下：

可见，ca和cb中的指针成员变量sth指向的是同一个内存地址(Console输出的第5、6行)，这就是为什么在cb.setValue(2, 3)后，ca对应的内容也发生了改变(Console输出的第3、4行)，而这不是我们所期望的；其次，我们生成了两个对象ca和cb，因此对两次调用析构函数，第一次调用析构函数的时候没有问题，因为此时sth里面有内容，第二次调用析构函数时，sth里面的内容由于在第一次调用析构函数的时候已经被delete了，所以会出现如上的错误提示。

保持其他代码不变，现在我们增加一个拷贝构造函数如下：

CA(CA& obj)
{
         sth = new CSomething((obj.sth)->a, (obj.sth)->b);
}
再运行上面的程序，所得到的结果如下：

这次，ca和cb中的指针成员变量sth指向的不是同一个内存地址(Console输出的第5、6行)了，这就是为什么在cb.setValue(2, 3)后，ca对应的内容保持不变，而cb的内容该如愿地改为(2, 3)(Console输出的第3、4行)；其次，析构函数也不会报告错误了。

3) 关于拷贝构造函数另外一个完整的例子，其中包含了copy constructor，destructor 和copy assignment operator。

#include <iostream>
using namespace std;

class Point
{
public:
         int _x;
         int _y;
 
public:
         Point();
         Point(int, int);
};
 
Point::Point()
{
         _x = 0;
         _y = 0;
}
 
Point::Point(int x, int y)
{
         _x = x;
         _y = y;
}
 
class CA
{
public:
         Point* _point;
 
public:
         CA()
         {
                  _point = NULL;
         }
         CA(const Point*);
         void setPointValues(int, int);
         void printCoordinates();
 
         // 需要增加的拷贝构造函数
         CA(const CA&);
         // 需要增加的析构函数
         virtual ~CA();
         // 需要增加的拷贝赋值函数
         CA& operator = (const CA&);
};
 
CA::CA(const Point* point)
{
         _point = new Point();                   // 发生了动态内存分配！因此不能缺少析构函数。
         _point->_x = point->_x;
         _point->_y = point->_y;
}
 
// 需要增加的拷贝构造函数的实现
CA::CA(const CA& ca)
{
         _point = new Point();
         _point->_x = (ca._point)->_x;
         _point->_y = (ca._point)->_y;
}
 
// 需要增加的析构函数的实现
CA::~CA()
{
         if(NULL != _point) delete _point;
         _point = NULL;
}
 
// 需要增加的拷贝赋值函数的实现
CA& CA::operator = (const CA& ca)
{
         _point = new Point();
         _point->_x = (ca._point)->_x;
         _point->_y = (ca._point)->_y;
 
         return *this;
}
 
void CA::setPointValues(int x, int y)
{
         _point->_x = x;
         _point->_y = y;
}
 
void CA::printCoordinates()
{
         cout << "Coordinates = (" << _point->_x << ", " << _point->_y << ")" << endl;
}
 
int main(void)
{
         Point apoint(1, 2);
         CA ca(&apoint);
         ca.printCoordinates();
 
         CA cb(ca);                                               // 调用拷贝构造函数
         cb.printCoordinates();
 
         cb.setPointValues(12, 12);
         cb.printCoordinates();
         ca.printCoordinates();
 
         CA cc;
         cc = cb;                                                 // 调用拷贝赋值函数
         cc.printCoordinates();
         cc.setPointValues(13, 13);
       
         ca.printCoordinates();
         cb.printCoordinates();
         cc.printCoordinates();
 
         return 0;
}