C++回顾之深浅拷贝、禁止拷贝、空类的默认成员

个人见解，先谈谈浅拷贝与深拷贝之间的区别，区分它们的最大区别就是在调用完拷贝构造函数后，两个对象之间是否还存在一定的联系，如果两个对象能够完全独立，则说明是深拷贝，否则是浅拷贝。以各种教材的String类的深拷贝实现为例，下面进行说明。

为了实现深拷贝操作，我们需要自己来构建拷贝构造函数，因为我们一旦构建了自己的拷贝构造函数，系统就不再提供默认的拷贝构造函数了。

下面是String.h

#ifndef  _STRING_H_
#define _STRING_H_
class String
{
public:
    String(char *str=""); //带一个参数的构造函数，可传入参数如“ABC”
    ~String();

    void Display();

    String( const String &other);    //拷贝构造函数
    String & operator=(const String &other);  //等号赋值运算符重载

private:
    char *str_;          //String需要维护str_数据成员
    char *AllocAndCpy(char *str);
};

#endif

下面是String类的具体实现，String.cpp

#include "String.h"
#include <cstring>
#include <iostream>
using namespace std;

char *String::AllocAndCpy(char *str) //实施深拷贝的函数
{
    int len = strlen(str) + 1;
    char *tmp = new char[len];
    memset( tmp, 0, len);
    strncpy(tmp, str, len );
    return tmp;
}

String::String( const String & other) /* : str_(other.str_) 这种方式还是浅拷贝*/
{
        str_ = AllocAndCpy(other.str_); //函数内的实现才是真正的深拷贝，它的处理使得str_与原对象脱离了联系
}

String & String::operator=(const String &other)
{
    if( this == &other)
    {
        return *this;
    }

    //销毁原有空间
    delete [] str_;
    str_ = AllocAndCpy(other.str_);

    return *this;
}

String::String( char *str)
{
    str_ = AllocAndCpy(str);
}

String::~String()
{
    delete [] str_;
}

void String::Display()
{
     cout << str_ << endl;
}

上面代码中的AllocAndCpy函数是非常重要的函数，它重新分配了一块内存空间，然后将原内存的数据复制至新内存空间中，这样两个类对象之间就有各自独立的内存空间，对象之间就没有联系，这就是深拷贝。如果不这么做，直接通过str_ = other.str_实施拷贝，只是简单的复制指针的地址，这样两个类对象实际指向的是同一块内存，当两上对象的生命周期结束后，均需要释放内存空间，这样就造成了同一块内存单元被释放了两次。因为它们仅仅拷贝了“形”，而没有拷贝“本质”的数据，所以拷贝构造函数需要我们自己来重新编写。由于等号赋值重载函数需要赋值操作，实际上也是复制，所以也需要自己编写operator=函数。

下面是测试代码，代码中也有详细的注释：

int main(void)
{
	String s1("AAA");
	s1.Display();
	
	String s2 = s1;//调用默认的拷贝构造函数,系统提供的默认拷贝构造函数实施的是浅拷贝s2.str_ = s1.str_;相同于s1,s2两个对象的str_指针指向相同的内存,当两个对象生存期结束时，都要调用析构函数，导致同一块内存被,释放了两次，故而产生错误.解决方法实施深拷贝，自己提供拷贝构造函数


    //等号运算符的重载
    String s3;
    s3.Display();
    s3 = s2; // = 号运算符，它调用的是系统默认的等号运算符，实施的也是浅拷贝，s3.str_ = s2.str_;仍然会出现同一块内存被销毁两次的情况，所以要自己提供等号运算符实施深拷贝。等价于s3.operator=(s2);

    return 0;
}

下面说明关于禁止拷贝的情形。在某些场合，比如设计模式中有个Singleton单例模式，即一个类只能有一个实例，就是说这个类的对象是要独一无二的，它不允许被拷贝，也不允许赋值，也就是说我们要提供禁止拷贝的功能，以下就是将一个类实施为禁止拷贝的步骤，其实很简单：

(1)将拷贝构造函数与operator=(等号运算符重载函数)均声明为private私有访问权限

(2)在CPP文件中不提供他们的实现

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这样，当在主程序进行拷贝复制或赋值操作时，编译将出错，因为它们没有拷贝构造函数或赋值操作的实现。只有声明，而且还是私有的。

下面总结一下，空类默认的成员函数有6个：

class Empty{}; //这是一个空类。

Empty(); //默认构造函数
Empty(const Empty &);//默认拷贝构造
~Empty(); //默认析构函数
Empty & operator=(const Empty &)//默认赋值运算符
Empty *operator&();//取地址运算符
const Empty *operator &() const; //取地址运算符const

下面举例说明operator&()与operator &() const的用法：

#include <iostream>
using namespace std;

class Empty
{
public:
    Empty * operator&()
    {
        cout << "AAA"<< endl;
        return *this;
    }

    const Empty *operator&() const
    {
        cout << "BBB"<<endl;
        return this;
    }

};

int main()
{
    Empty e;
    Empty *p = &e; //将调用取地址运算符,等价于e.operator&()
    
    const Empty e2;
    const Empty *p2 = &e2; //调用的是含const的取地址运算符

    //空类的大小是1个字节，编译器将为它生成一个字生的空间
    cout << sizoef(Empty) << endl;

    return 0;
}

C++回顾之深浅拷贝、禁止拷贝、空类的默认成员

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