第二章:拷貝構造函數

拷貝構造函數(copy constuctor)

通常C++初級程序員會認爲當一個類爲沒有定義拷貝構造函數的時候,編譯器會 爲其合成一個,答案是否定的。編譯器只有在必要的時候在合成拷貝構造函數。 那麼編譯器什麼時候合成,什麼時候不合成,合成的拷貝構造函數在不同情況下 分別如何工作呢?這是本文的重點。

拷貝構造函數的定義

有一個參數的類型是其類類型的構造函數是爲拷貝構造函數。如下:

X::X( const X& x);
Y::Y( const Y& y, int =0 );
//可以是多參數形式,但其第二個即後繼參數都有一個默認值

拷貝構造函數的應用

當一個類對象以另一個同類實體作爲初值時,大部分情況下會調用拷貝構造函數。 一般是這三種具體情況:

  • 顯式地以一個類對象作爲另一個類對象的初值,形如X xx=x;
  • 當類對象被作爲參數交給函數時。
  • 當函數返回一個類對象時。

後兩種情形會產生一個臨時對象。

編譯器何時合成拷貝構造函數

並不是所有未定義有拷貝構造函數的類編譯器都會爲其合成拷貝構造函數,編譯 器只有在必要的時候纔會爲其合成拷貝構造函數。所謂必要的時刻是指編譯器在 普通手段無法完成解決“當一個類對象以另一個同類實體作爲初值”時,纔會合成 拷貝構造函數。也就是說,當常規武器能解決問題的時候,就沒必要動用非常規 武器。

如果一個類沒有定義拷貝構造函數,通常按照“成員逐一初始化(Default Memberwise Initialization)”的手法來解決“一個類對象以另一個同類實體作爲 初值”——也就是說把內建或派生的數據成員從某一個對象拷貝到另一個對象身上, 如果數據成員是一個對象,則遞歸使用“成員逐一初始化(Default Memberwise Initialization)”的手法。

成員逐一初始化(Default Memberwise Initialization)具體的實現方式則是位 逐次拷貝(Bitwise copy semantics)1。也就是說在能使用這種常規方式 來解決“一個類對象以另一個同類實體作爲初值”的時候,編譯器是不需要合成拷 貝構造函數的。


但有些時候常規武器不那麼管用,我們就得祭出非常規武器了 ——拷貝構造函數。有以下4種情況之一,位逐次拷貝將不能勝任或者不適合來完 成“一個類對象以另一個同類實體作爲初值”的工作。此時,如果類沒有定義拷貝 構造函數,那麼編譯器將必須爲類合成一個拷貝構造函數。

  • 1 當類內含一個成員對象,而後者的類聲明有一個拷貝構造函數時(不論是設 計者定義的還是編譯器合成的)。
  • 2 當類繼承自一個聲明有拷貝構造函數的類時(同樣,不論這個拷貝構造函數 是被顯示聲明還是由編譯器合成的)。
  • 3 類中聲明有虛函數。
  • 4 當類的派生串鏈中包含有一個或多個虛基類。

對於前兩種情況,不論是基類還是對象成員,既然後者聲明有拷貝構造函數時, 就表明其類的設計者或者編譯器希望以其聲明的拷貝構造函數來完成“一個類對象 以另一個同類實體作爲初值”的工作,而設計者或編譯器這樣做——聲明拷貝構造函 數,總有它們的理由,而通常最直接的原因莫過於因爲他們想要做一些額外的工 作或“位逐次拷貝”無法勝任。

對於有虛函數的類,如果兩個對象的類型相同那麼位逐次拷貝其實是可以勝任的。 但問題將出現在,如果基類由其繼承類進行初始化時,此時若按照位逐次拷貝來 完成這個工作,那麼基類的vptr將指向其繼承類的虛函數表,這將導致無法預料 的後果——調用一個錯誤的虛函數實體是無法避免的,輕則帶來程序崩潰,更糟糕 的問題可能是這個錯誤被隱藏了。所以對於有虛函數的類編譯器將會明確的使被 初始化的對象的vptr指向正確的虛函數表。因此有虛函數的類沒有聲明拷貝構造 函數,編譯將爲之合成一個,來完成上述工作,以及初始化各數據成員,聲明有 拷貝構造函數的話也會被插入完成上述工作的代碼。

對於繼承串鏈中有虛基類的情況,問題同樣出現在繼承類向基類提供初值的情況, 此時位逐次拷貝有可能破壞對象中虛基類子對象的位置。

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