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构造函数的深浅拷贝问题详解

时间：2024-09-05 20:53:20浏览次数：14  
标签：std 初始化 对象 详解 拷贝 data 构造函数

 构造函数的分类

  1. 构造函数重载：构造函数可以通过不同的参数列表进行重载，这意味着可以有多个构造函数，每个构造函数有不同的参数。
  2. 多参构造函数：通过传递多个参数来创建对象。
  3. 无参（缺省）构造函数：不需要参数来创建对象。
  4. 类型转换构造函数：使用不同类型的参数来创建对象。
  5. 拷贝构造函数：使用同类型的另一个对象来创建新对象。

代码演示

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;

class Book {
public:
    // 无参构造函数
    Book() {
        title = "未命名";
        author = "未知";
        pages = 0;
        cout << "无参构造函数被调用" << endl;
    }

    // 带参构造函数，使用 const char* 类型参数
    Book(const char* t, const char* a, int p)
        : title(t), author(a), pages(p) {
        cout << "带参构造函数被调用" << endl;
    }

    // 重载带参构造函数，支持 string 参数
    Book(const string& t, const string& a, int p)
        : Book(t.c_str(), a.c_str(), p) /*委托构造函数*/{}

    // 拷贝构造函数
    Book(const Book& b) {
        title = b.title;
        author = b.author;
        pages = b.pages;
        cout << "拷贝构造函数被调用" << endl;
    }

    // 显示图书信息
    void displayInfo() {
        cout << "书名: " << title << ", 作者: " << author <<
         ", 页数: " << pages << endl;
    }

private:
    string title;
    string author;
    int pages;
};

// 主函数
int main() {
    // 使用无参构造函数创建对象
    Book book1;
    book1.displayInfo();

    // 使用带参构造函数创建对象，传递 C 风格字符串
    Book book2("C++ Primer", "Stanley Lippman", 976);
    book2.displayInfo();

    // 使用带参构造函数创建对象，传递 string 对象
    string title = "Effective C++";
    string author = "Scott Meyers";
    Book book3(title, author, 320);
    book3.displayInfo();

    // 使用拷贝构造函数创建对象
    Book book4 = book2;
    book4.displayInfo();

    return 0;
}

       （1）.std::string 类型：

  • std::string 是 C++ 标准库提供的字符串类，封装了字符数组，并提供了很多方便的操作方法。
  • 但是 std::string 和 C 风格的字符串（const char*）是不同的类型，不能直接传递给接受 const char* 参数的函数或构造函数。

      （2）.c_str() 方法：

  •  c_str() 是 std::string 类中的一个成员函数，它返回一个指向以 null 终止的字符数组的指针（const char*），这个数组表示与调用对象相同的字符序列。
  • 换句话说，t.c_str() 将 std::string 类型的 t 转换为 C 风格的字符串（const char*），同理，a.c_str() 也是如此。

      （3） Book(t.c_str(), a.c_str(), p) 的含义：

  •  这行代码调用了 Book 类的构造函数，将 t 和 a 这两个 std::string 类型的字符串转换为 const char* 类型，再加上一个整数 p，一起传递给 Book 的构造函数。
  • 最终，Book 类的构造函数使用 const char* 类型的 title 和 author 参数以及整数 pages 来初始化 Book 对象。

浅拷贝与深拷贝

概述

  •         浅拷贝（Shallow Copy）和深拷贝（Deep Copy）是两种不同的对象复制方式，主要区别在于它们如何处理对象内部的指针或动态分配的资源。
    •         浅拷贝：只是复制对象的各个成员的值，对于指针成员，浅拷贝只复制指针的值（即内存地址），而不复制指针所指向的内存内容。结果是多个对象共享同一块内存。
      •         深拷贝：不仅复制对象的各个成员的值，还会为指针成员分配新的内存，并复制指针指向的实际内容。结果是每个对象都有自己的一份独立的内存副本。

浅拷贝的实现与问题

        浅拷贝的实现通常由编译器默认提供的拷贝构造函数完成，它执行的是成员按位复制（bitwise copy）。

  • 问题：
    •         如果两个对象共享同一块内存，修改其中一个对象的数据会影响另一个对象。
      •         当其中一个对象被销毁时，另一对象的指针可能变成悬空指针，导致潜在的内存错误。

代码演示

#include <iostream>
using namespace std;

class ShallowCopyExample {
public:
    int* data;

    // 构造函数
    ShallowCopyExample(int value) {
        data = new int(value);
    }

    // 拷贝构造函数 - 浅拷贝
    ShallowCopyExample(const ShallowCopyExample &source)
        : data(source.data) {
        cout << "浅拷贝构造函数被调用" << endl;
    }

    // 显示数据
    void display() const {
        cout << "Data: " << *data << endl;
    }

    // 析构函数
    ~ShallowCopyExample() {
        delete data;
        cout << "析构函数被调用" << endl;
    }
};

int main() {
    ShallowCopyExample obj1(42);
    ShallowCopyExample obj2 = obj1;  // 浅拷贝

    obj1.display();
    obj2.display();

    // 修改 obj1 的数据
    *obj1.data = 84;
    obj1.display();
    obj2.display();  // obj2 也会受到影响

    return 0;
}

        在浅拷贝中，obj1 和 obj2 共享同一块内存，因此修改 obj1 的数据会影响到 obj2。当 obj1 和 obj2 都超出作用域时，会分别调用它们的析构函数，尝试释放同一块内存，导致双重释放错误（double free）

深拷贝的实现与解决方法 

解决办法

        在编写类时，如果类包含指针或动态分配的资源，通常需要提供自定义的拷贝构造函数和赋值运算符，以实现深拷贝，确保每个对象拥有自己的内存副本，而不是与其他对象共享内存。这种方式可以避免潜在的内存错误，保证程序的健壮性。

代码实现

#include <iostream>
using namespace std;

class DeepCopyExample {
public:
    int* data;

    // 构造函数
    DeepCopyExample(int value) {
        data = new int(value);
    }

    // 拷贝构造函数 - 深拷贝
    DeepCopyExample(const DeepCopyExample &source) {
        data = new int(*source.data);
        //strcpy(data,source.data)   //同样可以实现深拷贝
        cout << "深拷贝构造函数被调用" << endl;
    }

    // 显示数据
    void display() const {
        cout << "Data: " << *data << endl;
    }

    // 析构函数
    ~DeepCopyExample() {
        delete data;
        cout << "析构函数被调用" << endl;
    }
};

int main() {
    DeepCopyExample obj1(42);
    DeepCopyExample obj2 = obj1;  // 深拷贝

    obj1.display();
    obj2.display();

    // 修改 obj1 的数据
    *obj1.data = 84;
    obj1.display();
    obj2.display();  // obj2 不受影响

    return 0;
}

        在深拷贝中，obj1 和 obj2 各自拥有一份独立的内存。因此，修改 obj1 的数据不会影响 obj2。每个对象的析构函数都会释放自己独立的内存，从而避免双重释放（double free）错误。

总结

     浅拷贝：适合不涉及动态内存或资源管理的简单对象。对于指针成员，浅拷贝可能会导致多个对象共享同一内存，容易出现资源管理问题，如双重释放、悬空指针等。

     深拷贝：适用于包含动态内存或资源管理的复杂对象。深拷贝确保每个对象有自己独立的资源，避免了共享资源带来的问题。

初始化表

        初始化列表提供了一种直接初始化成员变量的方法，而不是在构造函数体内进行赋值。这样不仅代码更加简洁，还可以提高性能，特别是在需要初始化 const 或引用类型成员时。

改进代码1

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;

class Book {
public:
    // 无参构造函数，使用初始化列表
    Book() : title("未命名"), author("未知"), pages(0) {
        cout << "无参构造函数被调用" << endl;
    }

    // 带参构造函数，使用 const char* 类型参数，使用初始化列表
    Book(const char* t, const char* a, int p)
        : title(t), author(a), pages(p) {
        cout << "带参构造函数被调用" << endl;
    }

    // 重载带参构造函数，支持 string 参数，使用初始化列表
    Book(const string& t, const string& a, int p)
        : title(t), author(a), pages(p) {
        cout << "带参构造函数被调用" << endl;
    }

    // 拷贝构造函数，使用初始化列表
    Book(const Book& b)
        : title(b.title), author(b.author), pages(b.pages) {
        cout << "拷贝构造函数被调用" << endl;
    }

    // 显示图书信息
    void displayInfo() const {
        cout << "书名: " << title << ", 作者: " << author
             << ", 页数: " << pages << endl;
    }

private:
    string title;
    string author;
    int pages;
};

// 主函数
int main() {
    // 使用无参构造函数创建对象
    Book book1;
    book1.displayInfo();

    // 使用带参构造函数创建对象，传递 C 风格字符串
    Book book2("C++ Primer", "Stanley Lippman", 976);
    book2.displayInfo();

    // 使用带参构造函数创建对象，传递 string 对象
    string title = "Effective C++";
    string author = "Scott Meyers";
    Book book3(title, author, 320);
    book3.displayInfo();

    // 使用拷贝构造函数创建对象
    Book book4 = book2;
    book4.displayInfo();

    return 0;
}

代码说明 

    无参构造函数：

  • 改进前：在构造函数体内赋值。
  • 改进后：使用初始化列表直接初始化成员变量 title、author 和 pages。

    带参构造函数：

  • 改进前：在构造函数体内赋值。
  • 改进后：使用初始化列表直接初始化 title、author 和 pages，减少了赋值操作的开销。

    拷贝构造函数：

  • 改进前：在构造函数体内进行赋值。
  • 改进后：使用初始化列表直接将 b.title、b.author 和 b.pages 赋值给新对象的成员变量。

    重载带参构造函数：

  • 使用 string 作为参数时，直接在初始化列表中初始化 title 和 author，避免了不必要的 c_str() 转换。

 在拷贝构造函数引入初始化表

#include <iostream>
#include <cstring>  // 包含 strcpy 所需的头文件
using namespace std;

class String {
public:
     // 构造函数，动态分配内存并复制字符串内容
    String(const char* str) : data ( new char[strlen(str) + 1]) {
        strcpy(data, str);  // 深拷贝字符串内容
        cout << "构造函数被调用" << endl;
    }

     // 拷贝构造函数，进行深拷贝
    String(const String &source) : data(new char[strlen(source.data) + 1]) {
        strcpy(data, source.data);  // 深拷贝字符串内容
        cout << "深拷贝构造函数被调用" << endl;
    }

    // 显示字符串
    void display() const {
        if (data) {
            cout << "Data: " << data << endl;
        } else {
            cout << "Data is null" << endl;
        }
    }

    // 析构函数
    ~String() {
        // 注意：这里的 delete[] 仅当数据是由深拷贝生成时使用，否则可能导致未定义行为
        delete[] data;
        cout << "析构函数被调用" << endl;
    }

private:
    char* data;  // 指向传入字符串的指针
};

int main() {
    char str[] = "Hello, World!";
    String s1(str);  // 动态分配内存并复制字符串内容到 s1.data
    s1.display();

    String s2 = s1;  // 深拷贝，s2 的 data 指向新的内存，内容与 s1 相同
    s2.display();

    // 修改原字符数组
    str[0] = 'h';
    // 直接输出原字符数组 str 的内容
    cout << "str: " << str << endl;
    s1.display();  // s1 的内容不变，因为它是深拷贝，独立于原字符数组
    s2.display();  // s2 的内容不变，因为它是深拷贝，独立于 s1
    return 0;
}

标签：std,初始化,对象,详解,拷贝,data,构造函数
From： https://blog.csdn.net/qq_62850449/article/details/141886290

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