一、背景介紹

          因為工作關係，需要用到C++程式設計。對於我來說，雖然一直從事的是linux平臺下的嵌入式軟體開發，但深入用到C++的特性的地方並不多。對於C++,用得最多的無非是指標、封裝、繼承、組合以及虛擬函式。對於複製建構函式、過載操作符、智慧指標等概念，雖然也時有接觸，但真正自己寫程式碼需要用到的時候，並不多。

          本文嘗試對複製建構函式的定義、作用及需要注意的地方做一個簡單的解剖。希望能拋磚引玉，對大家的學習起到一個幫助作用。

           雖然複製建構函式對於基本的C++程式設計來說，可能不太用得著。不過這並不說明覆制建構函式沒什麼用，其實複製建構函式能解決一些我們常常會忽略的問題。

            假設有一個CStudent類,有資料成員char* name;

            現在有一個物件CStudent stu1("tom");//資料成員name="tom";

            再生成一物件,stu2,把stu1拷貝給stu2,即CStudent stu2(stu1);

            如果我們沒有寫拷貝建構函式,那麼編譯器會呼叫預設的拷貝建構函式.即進行淺拷貝.

淺拷貝的意思就是記憶體中只有一份"tom",物件stu1的name指標指向了它.把stu1拷貝給stu2後,stu2的name指向也指向了"tom",指向的是記憶體中同一塊地址.這就會出現一個問題:當stu1的物件被銷燬了,那麼stu1的name指向的"tom"也會被銷燬,由於stu2中的name也是指向"tom"的,所以這時stu2中的name就變成空的了,甚至是亂碼.

           如果我們自己寫了拷貝建構函式,那麼在記憶體中就會有兩份"tom"了,這時stu1的name和stu2的name就沒有什麼關係了,只不過他們的值都是"tom"而已!

           類似的問題，我們看看如下程式碼，並編譯執行看看結果：

#include <iostream>
 
class Array {
public:
    int size;
    int* data;
 
    implicit Array(int size) 
        : size(size), data(new int[size])
    {
    }
 
    ~Array() 
    {
        delete[] this->data;
    }
};
 
int main() 
{
    Array first(20);
    first.data[0] = 25;
 
    {
        Array copy = first;
        std::cout << first.data[0] << " " << copy.data[0] << std::endl;
    }    // (1)
 
    first.data[0] = 10;    // (2)
}
 

執行結果：

25 25

Segmentation fault

為什麼會出現segmentation fault段錯誤這麼嚴重的問題呢？

根本原因跟前面那個例子一樣，我們沒有寫拷貝建構函式。因此，編譯器會為我們生成一個預設的拷貝建構函式。預設的建構函式形式如下：

Array(const Array& other)
  : size(other.size), data(other.data) {}

該預設建構函式有什麼問題呢？

它對data 指標執行的是淺拷貝。也就是說，它只是拷貝原始data成員的地址，這樣就帶來了兩個物件共享指向同一塊記憶體的指標的風險。程式碼執行到main函式（1）處時，即執行到：

    {
        Array copy = first;
        std::cout << first.data[0] << " " << copy.data[0] << std::endl;
    }    // (1)

（1）處時，copy的解構函式會被呼叫，因為分配在stack上的物件，是自動釋放的。當我們進入一個特定的作用域時，堆疊指標會向下移動一個單位，為那個作用域內建立的、以堆疊為基礎的所有物件分配儲存空間。而當我們離開作用域的時候（呼叫完畢所有區域性構建器後），堆疊指標會向上移動一個單位，也就是copy物件的解構函式在執行到（1)處後會自動得到呼叫。Array的解構函式，刪除了copy的data.由於first和copy物件都共享一個data指標，因此當執行到（2）處，即呼叫first.data[0]=10時，就會產生令人頭痛的段錯誤：：segmentation fault.

如何解決這個問題呢？

寫一個自己的拷貝建構函式，並執行深拷貝：

// for std::copy
#include <algorithm>
 
Array(const Array& other)
    : size(other.size), data(new int[other.size]) 
{
    std::copy(other.data, other.data + other.size, data); 
}

二、淺拷貝與深拷貝

淺拷貝：僅僅逐個成員拷貝，而不拷貝資源的方式；淺拷貝是指源物件與拷貝物件共用一份實體，僅僅是引用的變數不同（名稱不同）。對其中任何一個物件的改動都會影響另外一個物件。舉個例子，一個人一開始叫張三，後來改名叫李四了，可是還是同一個人，不管是張三缺胳膊少腿還是李四缺胳膊少腿，都是這個人倒黴。比較典型的就有Reference（引用）物件，如Class（類）。

深拷貝：既拷貝成員，又拷貝資源的方式。深拷貝是指源物件與拷貝物件互相獨立，其中任何一個物件的改動都不會對另外一個物件造成影響。舉個例子，一個人名叫張三，後來用他克隆（假設法律允許）了另外一個人，叫李四，不管是張三缺胳膊少腿還是李四缺胳膊少腿都不會影響另外一個人。比較典型的就是Value（值）物件，如預定義型別Int32，Double，以及結構（struct），列舉（Enum）等。

系統提供的預設拷貝建構函式為淺拷貝，深拷貝必須自己定義。

這也解釋了背景中的段錯誤原因及為什麼要自己寫拷貝建構函式.

三、什麼是拷貝建構函式

拷貝建構函式，是一種特殊的建構函式，它由編譯器呼叫來完成一些基於同一類的其他物件的構建及初始化。其唯一的引數（物件的引用）是不可變的（const型別）。也就是說，當用一個已經存在的物件為一個新的物件進行賦值時，首先要給新物件的資料成員分配空間資源以建立新物件，然後用源物件的成員值進行初始化。這個行為必須在物件構造的時候進行完成，而普通的建構函式無法完成這項工作，因此拷貝建構函式應運而生！

在C++中，下面三種物件需要拷貝的情況。因此，拷貝建構函式將會被呼叫。
  1)． 一個物件以值傳遞的方式傳入函式體
  2)． 一個物件以值傳遞的方式從函式返回
  3)． 一個物件需要通過另外一個物件進行初始化搜尋
  以上的情況需要拷貝建構函式的呼叫。如果在前兩種情況不使用拷貝建構函式的時候，就會導致一個指標指向已經被刪除的記憶體空間。對於第三種情況來說，初始化和賦值的不同含義是建構函式呼叫的原因。事實上，拷貝建構函式是由普通建構函式和賦值操作賦共同實現的。

拷貝建構函式的標準寫法如下：

class  Base

{ 

    public:

       Base(){} 
       Base( const Base &b){..}  //拷貝建構函式的引數必須是該物件的引用

}

 進一步總結：

1) 拷貝建構函式的作用就是用來複制物件的，在使用這個物件的例項來初始化這個物件的一個新的例項。
2）如果不顯式宣告拷貝建構函式的時候，編譯器也會生成一個預設的拷貝建構函式，只執行淺拷貝在一般的情況下，淺拷貝執行的也很好。

但是在遇到類有指標資料成員時就出現問題了：因為預設的拷貝建構函式是按成員拷貝構造，這導致了兩個不同的指標(如ptr1=ptr2)指向了相同的 記憶體。當一個例項銷燬時，呼叫解構函式free(ptr1)釋放了這段記憶體，那麼剩下的一個例項的指標ptr2就無效了，在被銷燬的時候free(ptr2)就會出現錯誤了, 這相當於重複釋放
一塊記憶體兩次。這種情況必須顯式宣告並實現自己的拷貝建構函式，來為新的例項的指標分配新的記憶體。

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