class ClassName {
public:
// 拷贝构造函数:参数是同类型对象的引用(通常为 const 引用)
ClassName(const ClassName& other) {
// 复制 other 的成员变量到当前对象
}
};
参数要求:必须是同类型对象的引用(
const ClassName&
)。若使用值传递(ClassName other
),会导致无限递归调用(因为传递参数时需要拷贝原对象,再次调用拷贝构造函数)。返回值:无显式返回值(但实际通过构造函数直接初始化新对象)。
const 修饰:习惯上用
const
修饰参数,确保不修改原对象(非强制,但更安全)。用于利用一个已定义的对象,来定义其同类型的副本对象,即对象克隆
1.拷贝构造函数的作用
拷贝构造函数的核心目的是深拷贝对象的状态,确保新对象与原对象独立。具体应用场景包括:
-
用一个对象初始化另一个对象(如
ClassName obj2 = obj1;
)。 -
函数值传递(将对象作为参数传递给函数时,会调用拷贝构造函数创建副本)。
-
函数返回对象(函数返回局部对象时,会调用拷贝构造函数生成临时对象)。
2.默认拷贝构造函数
如果用户未显式定义拷贝构造函数,编译器会自动生成一个默认拷贝构造函数。其默认行为是浅拷贝(Shallow Copy):
-
对于内置类型成员(如
int
、double
):直接复制值。 -
对于指针成员:仅复制指针地址(不复制指针指向的内存)。
-
对于类类型成员:递归调用其拷贝构造函数(若该类有自定义拷贝构造函数)。
默认拷贝构造函数的风险:浅拷贝问题
若类中包含动态分配的资源(如堆内存、文件句柄等),默认的浅拷贝会导致多个对象共享同一块资源。当其中一个对象析构时释放资源,其他对象的指针会变成“野指针”,再次访问会导致未定义行为(如崩溃)。
示例:默认拷贝构造函数的问题
#include <iostream>
#include <cstring>class String {
private:char* data; // 动态分配的字符数组size_t len;public:// 构造函数:初始化字符串String(const char* str = "") {len = std::strlen(str);data = new char[len + 1]; // 分配内存std::strcpy(data, str); // 复制内容}// 析构函数:释放内存~String() {delete[] data; // 释放动态内存}// 默认拷贝构造函数(浅拷贝)// String(const String& other) = default; // 编译器自动生成的默认版本
};int main() {String s1("Hello");String s2 = s1; // 调用拷贝构造函数(浅拷贝)// s1 和 s2 的 data 指针指向同一块内存!// 当 s1 或 s2 析构时,会释放该内存,另一个对象的 data 变为野指针return 0;
}
问题:s1
和 s2
的 data
指针指向同一块堆内存。当 main
函数结束时,s2
先析构并释放 data
,随后 s1
析构时尝试释放已释放的内存,导致重复释放(Double Free),程序崩溃。
3. 自定义拷贝构造函数(深拷贝)
为解决浅拷贝问题,需显式定义拷贝构造函数,对动态资源进行深拷贝(Deep Copy):复制指针指向的内容,而非指针本身。
深拷贝拷贝构造函数的实现
class String {
private:char* data;size_t len;public:// 构造函数String(const char* str = "") {len = std::strlen(str);data = new char[len + 1];std::strcpy(data, str);}// 析构函数~String() {delete[] data;}// 自定义拷贝构造函数(深拷贝)String(const String& other) {len = other.len;data = new char[len + 1]; // 分配新内存std::strcpy(data, other.data); // 复制内容(而非指针)}
};int main() {String s1("Hello");String s2 = s1; // 调用自定义拷贝构造函数(深拷贝)// s1 和 s2 的 data 指向不同的内存块,析构时互不影响return 0;
}
效果:s1
和 s2
的 data
指针指向独立的堆内存,析构时各自释放自己的内存,避免了重复释放问题。
5. 拷贝构造函数的调用时机
拷贝构造函数在以下场景中被自动调用:
(1) 直接初始化新对象
String s1("Hello");
String s2(s1); // 显式调用拷贝构造函数
String s3 = s1; // 隐式调用拷贝构造函数(C++ 中允许)
(2) 函数值传递
将对象作为参数按值传递给函数时,会调用拷贝构造函数创建副本:
void printString(const String& s) { // 引用传递(不调用拷贝构造函数)std::cout << s.getData() << std::endl;
}void printStringByValue(String s) { // 值传递(调用拷贝构造函数)std::cout << s.getData() << std::endl;
}int main() {String s("Hi");printString(s); // 不调用拷贝构造函数(引用传递)printStringByValue(s);// 调用拷贝构造函数(创建副本)return 0;
}
(3) 函数返回对象
函数返回局部对象时,会调用拷贝构造函数生成临时对象(C++11 后可能优化为移动语义):
String createString() {String s("World");return s; // 调用拷贝构造函数(返回局部对象)
}int main() {String s = createString(); // 可能调用拷贝构造函数(或移动构造函数,若存在)return 0;
}
6. 注意事项
(1) 避免参数为值传递
拷贝构造函数的参数必须是引用(const ClassName&
),否则会导致无限递归调用:
// 错误示例:参数为值传递(编译错误)
String(const String other) { // 调用拷贝构造函数时需要传递 other,再次调用拷贝构造函数 → 无限递归
}
(2) 与移动构造函数的区别
C++11 引入了移动构造函数(Move Constructor),用于高效转移资源所有权(避免深拷贝)。拷贝构造函数是“复制”,而移动构造函数是“移动”(窃取原对象的资源)。若同时存在移动构造函数和拷贝构造函数,编译器会优先调用移动构造函数(当参数是右值时)。
(3) 显式删除拷贝构造函数
若类不希望被拷贝(如管理唯一资源的类),可显式删除拷贝构造函数(C++11 起支持):
class UniqueResource {
public:UniqueResource() = default;UniqueResource(const UniqueResource&) = delete; // 禁止拷贝
};
7.总结
特性 | 描述 |
---|---|
定义 | 特殊成员函数,用于通过已有对象初始化新对象 |
默认行为 | 浅拷贝(仅复制成员变量的值,指针成员复制地址) |
自定义需求 | 类包含动态资源时,需显式定义深拷贝的拷贝构造函数 |
调用时机 | 对象初始化、函数值传递、函数返回对象 |
参数要求 | 必须是同类型对象的引用(通常为 const 引用) |