[转载]“浅拷贝”与“深拷贝”

对于普通类型的对象来说，它们之间的复制是很简单的，例如：
int a=88;
int b=a;
而类对象与普通对象不同，类对象内部结构一般较为复杂，存在各种成员变量。

C++中对象的复制就如同“克隆”，用一个已有的对象快速地复制出多个完全相同的对象。一般而言，以下三种情况都会使用到对象的复制，在这些复制过程中，会自动调用拷贝构造函数：

（1）建立一个新对象，并用另一个同类的已有对象对新对象进行初始化，例如：

[cpp] view plaincopy

1. class Rect  
2. {  
3. private:  
4.     int width;  
5.     int height;  
6. };  
7.   
8. Rect rect1;  
9. Rect rect2(rect1);  // 使用rect1初始化rect2，此时会进行对象的复制  

 

       （2）当函数的参数为类的对象时，这时调用此函数时使用的是值传递，也会产生对象的复制，例如：

[cpp] view plaincopy

1. void fun1(Rect rect)  
2. {  
3.     ...  
4. }  
5.   
6. int main()  
7. {  
8.     Rect rect1;  
9.     fun1(rect1);    // 此时会进行对象的复制  
10.     return 0;  
11. }  

       （3）函数的返回值是类的对象时，在函数调用结束时，需要将函数中的对象复制一个临时对象并传给改函数的调用处，例如：

[cpp] view plaincopy

1. Rect fun2()  
2. {  
3.     Rect rect;  
4.     return rect;  
5. }  
6.   
7. int main()  
8. {  
9.     Rect rect1;  
10.     rect1=fun2();     
11.     // 在fun2返回对象时，会执行对象复制，复制出一临时对象，  
12.     // 然后将此临时对象“赋值”给rect1  
13.     return 0;  
14. }  

对象的复制都是通过一种特殊的构造函数来完成的，这种特殊的构造函数就是拷贝构造函数（copy constructor，也叫复制构造函数）。拷贝构造函数在大多数情况下都很简单，甚至在我们都不知道它存在的情况下也能很好发挥作用，但是在一些特殊情况下，特别是在对象里有动态成员的时候，就需要我们特别小心地处理拷贝构造函数了。下面我们就来看看拷贝构造函数的使用。

    一、默认拷贝构造函数

       很多时候在我们都不知道拷贝构造函数的情况下，传递对象给函数参数或者函数返回对象都能很好的进行，这是因为编译器会给我们自动产生一个拷贝构造函数，这就是“默认拷贝构造函数”，这个构造函数很简单，仅仅使用“老对象”的数据成员的值对“新对象”的数据成员一一进行赋值，它一般具有以下形式：

 

[cpp] view plaincopy

1. Rect::Rect(const Rect& r)  
2. {  
3.     width = r.width;  
4.     height = r.height;  
5. }  

 

 

       当然，以上代码不用我们编写，编译器会为我们自动生成。但是如果认为这样就可以解决对象的复制问题，那就错了，让我们来考虑以下一段代码：

[cpp] view plaincopy

1. class Rect  
2. {  
3. public:  
4.     Rect()      // 构造函数，计数器加1  
5.     {  
6.         count++;  
7.     }  
8.     ~Rect()     // 析构函数，计数器减1  
9.     {  
10.         count--;  
11.     }  
12.     static int getCount()       // 返回计数器的值  
13.     {  
14.         return count;  
15.     }  
16. private:  
17.     int width;  
18.     int height;  
19.     static int count;       // 一静态成员做为计数器  
20. };  
21.   
22. int Rect::count = 0;        // 初始化计数器  
23.   
24. int main()  
25. {  
26.     Rect rect1;  
27.     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;  
28.     Rect rect2(rect1);   // 使用rect1复制rect2，此时应该有两个对象  
29.     cout<<"The count of Rect: "<<Rect::getCount()<<endl;  
30.     return 0;  
31. }  

       这段代码对前面的类进行了一下小小的修改，加入了一个静态成员，目的是进行计数，统计创建的对象的个数，在每个对象创建时，通过构造函数进行递增，在销毁对象时，通过析构函数进行递减。在主函数中，首先创建对象rect1，输出此时的对象个数，然后使用rect1复制出对象rect2，再输出此时的对象个数，按照理解，此时应该有两个对象存在，但实际程序运行时，输出的都是1，反应出只有1个对象。此外，在销毁对象时，由于会调用销毁两个对象，类的析构函数会调用两次，此时的计数器将变为负数。出现这些问题最根本就在于在复制对象时，计数器没有递增，解决的办法就是重新编写拷贝构造函数，在拷贝构造函数中加入对计数器的处理，形成的拷贝构造函数如下：

[cpp] view plaincopy

1. class Rect  
2. {  
3. public:  
4.     Rect()      // 构造函数，计数器加1  
5.     {  
6.         count++;  
7.     }  
8.     Rect(const Rect& r)   // 拷贝构造函数  
9.     {  
10.         width = r.width;  
11.         height = r.height;  
12.         count++;          // 计数器加1  
13.     }  
14.     ~Rect()     // 析构函数，计数器减1  
15.     {  
16.         count--;  
17.     }  
18.     static int getCount()   // 返回计数器的值  
19.     {  
20.         return count;  
21.     }  
22. private:  
23.     int width;  
24.     int height;  
25.     static int count;       // 一静态成员做为计数器  
26. };  

       自己编写拷贝构造函数又可以分为两种情况——浅拷贝与深拷贝。

 

    二、浅拷贝

       所谓浅拷贝，指的是在对象复制时，只是对对象中的数据成员进行简单的赋值，上面的例子都是属于浅拷贝的情况，默认拷贝构造函数执行的也是浅拷贝。大多情况下“浅拷贝”已经能很好地工作了，但是一旦对象存在了动态成员，那么浅拷贝就会出问题了，让我们考虑如下一段代码：

[cpp] view plaincopy

1. class Rect  
2. {  
3. public:  
4.     Rect()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间  
5.     {  
6.         p = new int(100);  
7.     }  
8.     ~Rect()     // 析构函数，释放动态分配的空间  
9.     {  
10.         if(p != NULL)     
11.         {  
12.             delete p;  
13.         }  
14.     }  
15. private:  
16.     int width;  
17.     int height;  
18.     int *p;     // 一指针成员  
19. };  
20.   
21. int main()  
22. {  
23.     Rect rect1;  
24.     Rect rect2(rect1);   // 复制对象  
25.     return 0;  
26. }  

       在这段代码运行结束之前，会出现一个运行错误。原因就在于在进行对象复制时，对于动态分配的内容没有进行正确的操作。我们来分析一下：

       在运行定义rect1对象后，由于在构造函数中有一个动态分配的语句，因此执行后的内存情况大致如下：

 

       在使用rect1复制rect2时，由于执行的是浅拷贝，只是将成员的值进行赋值，所以此时rect1.p和rect2.p具有相同的值，也即这两个指针指向了堆里的同一个空间，如下图所示：

 

       当然，这不是我们所期望的结果，在销毁对象时，两个对象的析构函数将对同一个内存空间释放两次，这就是错误出现的原因。我们需要的不是两个p有相同的值，而是两个p指向的空间有相同的值，解决办法就是使用“深拷贝”。

 

    三、深拷贝

       在“深拷贝”的情况下，对于对象中动态成员，就不能仅仅简单地赋值了，而应该重新动态分配空间，如上面的例子就应该按照如下的方式进行处理：

[cpp] view plaincopy

1. class Rect  
2. {  
3. public:  
4.     Rect()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间  
5.     {  
6.         p = new int(100);  
7.     }  
8.     Rect(const Rect& r)  
9.     {  
10.         width = r.width;  
11.         height = r.height;  
12.         p = new int;    // 为新对象重新动态分配空间  
13.         *p = *(r.p);  
14.     }  
15.     ~Rect()     // 析构函数，释放动态分配的空间  
16.     {  
17.         if(p != NULL)     
18.         {  
19.             delete p;  
20.         }  
21.     }  
22. private:  
23.     int width;  
24.     int height;  
25.     int *p;     // 一指针成员  
26. };  

       此时，在完成对象的复制后，内存的一个大致情况如下：

 

 

此时rect1的p和rect2的p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”。

       此外，在与“对象的复制”很类似的“对象的赋值”的情况下，也会出现同样的问题。在“对象的赋值”一文中再来讨论此问题。

       通过对对象复制的分析，我们发现对象的复制大多在进行“值传递”时发生，这里有一个小技巧可以防止按值传递——声明一个私有拷贝构造函数。甚至不必去定义这个拷贝构造函数，这样因为拷贝构造函数是私有的，如果用户试图按值传递或函数返回该类对象，将得到一个编译错误，从而可以避免按值传递或返回对象。