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c++中如何实现拷贝构造函数_深拷贝与浅拷贝构造函数实践

冰火之心

冰火之心

发布时间:2025-09-19 13:08:01

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来源于php中文网

原创

必须实现深拷贝以避免内存错误,当类含指针时,默认拷贝构造函数导致多对象共享同一内存,析构时重复释放引发未定义行为;深拷贝通过重新分配内存并复制数据确保对象独立,需遵循三法则:自定义拷贝构造函数、赋值操作符和析构函数,推荐使用智能指针或标准容器简化管理。

c++中如何实现拷贝构造函数_深拷贝与浅拷贝构造函数实践

在C++中,拷贝构造函数用于用一个已存在的对象初始化另一个同类型的新对象。当类中包含指针成员或动态分配资源时,必须明确选择使用深拷贝还是浅拷贝,否则可能引发内存泄漏、重复释放等问题。

浅拷贝:默认行为的风险

如果未自定义拷贝构造函数,编译器会生成默认的拷贝构造函数,执行的是逐成员复制,也就是浅拷贝。对于指针成员,这意味着两个对象的指针将指向同一块堆内存。

风险示例:

当两个对象析构时,同一块内存被释放两次,导致未定义行为(如程序崩溃)。

class ShallowCopy {
private:
    int* data;
public:
    ShallowCopy(int value) {
        data = new int(value);
    }

    // 编译器生成的默认拷贝构造函数是浅拷贝
    // ShallowCopy(const ShallowCopy& other) {
    //     data = other.data;  // 指针复制,共享同一内存
    // }

    ~ShallowCopy() {
        delete data;
    }
};

// 使用:
ShallowCopy obj1(100);
ShallowCopy obj2 = obj1;  // 浅拷贝 → obj1 和 obj2 的 data 指向同一地址
// 析构时 delete 同一块内存两次 → 错误!

深拷贝:安全共享资源的方式

深拷贝要求为新对象重新分配内存,并将原对象的数据复制过去,确保两个对象完全独立。

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class DeepCopy {
private:
    int* data;
public:
    DeepCopy(int value) {
        data = new int(value);
    }

    // 自定义拷贝构造函数(深拷贝)
    DeepCopy(const DeepCopy& other) {
        data = new int(*other.data);  // 分配新内存并复制值
    }

    ~DeepCopy() {
        delete data;
    }

    int getValue() const {
        return *data;
    }
};

// 使用:
DeepCopy obj1(100);
DeepCopy obj2 = obj1;  // 调用深拷贝构造函数
// obj1 和 obj2 各自有独立的 data 内存空间

完整实践:实现深拷贝构造函数的关键点

为了正确管理资源,除了拷贝构造函数,还应遵循“三法则”:如果需要自定义拷贝构造函数,通常也需要自定义赋值操作符和析构函数。

class SafeString {
private:
    char* str;
    size_t len;

public:
    // 构造函数
    SafeString(const char* s = "") {
        len = strlen(s);
        str = new char[len + 1];
        strcpy(str, s);
    }

    // 拷贝构造函数(深拷贝)
    SafeString(const SafeString& other) {
        len = other.len;
        str = new char[len + 1];      // 分配独立内存
        strcpy(str, other.str);       // 复制内容
    }

    // 赋值操作符(也需深拷贝)
    SafeString& operator=(const SafeString& other) {
        if (this != &other) {         // 防止自赋值
            delete[] str;             // 释放原内存
            len = other.len;
            str = new char[len + 1];
            strcpy(str, other.str);
        }
        return *this;
    }

    // 析构函数
    ~SafeString() {
        delete[] str;
    }

    const char* c_str() const {
        return str;
    }
};

这个类确保了每个对象都拥有自己独立的字符串副本,避免了资源冲突。

总结与建议

当类中包含指针或动态资源时:

  • 不要依赖编译器生成的默认拷贝构造函数
  • 手动实现拷贝构造函数,进行深拷贝
  • 同时实现赋值操作符和析构函数(三法则)
  • 现代C++推荐使用智能指针(如shared_ptr)或标准容器(如string、vector),它们自动处理深拷贝逻辑

基本上就这些。理解深浅拷贝的区别,是掌握C++资源管理的第一步。

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