深拷貝、淺拷貝構造函數

Trend科技的一道面試題：

請看下面的程序，說說會出現什麼問題?

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <vector>
using   namespace   std;

class   CDemo   {
public:
    CDemo():str(NULL){};
    ~CDemo()
    {
        if(str)   delete[]   str;
    };
    char*   str;
};

int   main(int   argc,   char**   argv)   {
    CDemo   d1;
    d1.str=new   char[32];
    strcpy(d1.str, "trend   micro");

    vector<CDemo>   *a1=new   vector<CDemo>();

    a1->push_back(d1);
    delete   a1;

    return EXIT_SUCCESS;
}

這個程序在退出時，會出問題，什麼問題？重複delete同一片內存，程序崩潰。
我們把析構函數改爲如下，可以更清楚的看到這一點：
    ~CDemo()
    {
        if(str)
        {
            static int i=0;
            cout<<"&CDemo"<<i++<<"="<<(int*)this<<",    str="<<(int *)str<<endl;
            delete[]   str;
        }
    };

運行時我們發現打印如下信息：
&CDemo0=000309D8,       str=000307A8
&CDemo1=0013FF70,       str=000307A8
也就是說，發生了CDemo類的兩次析構，兩次析構str所指向的同一內存地址空間（兩次str值相同=000307A8）。
爲什麼？

《程序員面試寶典》第二版，P99，有句解釋“vector對象指針能夠自動析構，所以不需要調用delete a1，否則會造成兩次析構對象”

我切以爲這句話說的有點不妥。任何對象如果是通過new操作符申請了空間，必須顯示的調用delete來銷燬這個對象。所以“delete   a1; ”這條語句是沒有錯誤的。
這句話“vector<CDemo>   *a1=new   vector<CDemo>(); ”定一個指針，指向 vector<CDemo>，病用new操作符進行了初始化，我們必須在適當的時候釋放a1所佔的內存空間，所以“delete   a1; ”這句話是沒有錯誤的。另外，我們必須明白一點，釋放vector對象，vector所包含的元素也同時被釋放。

那到底那裏錯誤？

這句a1的聲明和初始化語句“vector<CDemo>   *a1=new   vector<CDemo>(); ”說明a1所含元素是“CDemo”類型的，在執行“a1->push_back(d1); ”這條語句時，會調用CDemo的拷貝構造函數，雖然CDemo類中沒有定義拷貝構造函數，但是編譯器會爲CDemo類構建一個默認的拷貝構造函數（淺拷貝），這就好像任何對象如果沒有定義構造函數，編譯器會構建一個默認的構造函數一樣。

正是這裏出了問題。a1中的所有CDemo元素的str成員變量沒有初始化，只有一個四字節（32位機）指針空間。
“a1->push_back(d1);”這句話執行完後，a1裏的CDemo元素與d1是不同的對象，但是a1裏的CDemo元素的str與d1.str指向的是同一塊內存，這從後來的打印信息就可以看出來。

我們知道，局部變量，如“CDemo   d1; ” 在main函數退出時，自動釋放所佔內存空間，
那麼會自動調用CDemo的析構函數“~CDeme”，問題就出在這裏。

前面的“delete   a1;”已經把 d1.str 釋放了（因爲a1裏的CDemo元素的str與d1.str指向的是同一塊內存），main函數退出時，又要釋放已經釋放掉的 d1.str 內存空間，所以程序最後崩潰。

解釋清楚了。
這裏最核心的問題歸根結底就是淺拷貝和深拷貝的問題。如果CDemo類添加一個這樣的拷貝構造函數就可以解決問題：
    CDemo(const   CDemo   &cd)
    {
        this->str   =   new   char[strlen(cd.str)+1];
        strcpy(str,cd.str);
    };
這就是深拷貝。

或者這樣用：
    vector<CDemo*>   *a1=new   vector<CDemo*>();
    a1->push_back(&d1);
那麼在    “delete   a1;” a1釋放，同時a1裏面包含的元素(”CDemo*“類型，仍然是一個指針，4字節空間)。

深拷貝，淺拷貝：

淺拷貝就是成員數據之間的一一賦值：把值賦給一一賦給要拷貝的值。但是可能會有這樣的情況：對象還包含資源，這裏的資源可以值堆資源，或者一個文件。。當值拷貝的時候，兩個對象就有用共同的資源，同時對資源可以訪問，這樣就會出問題。深拷貝就是用來解決這樣的問題的，它把資源也賦值一次，使對象擁有不同的資源，但資源的內容是一樣的。對於堆資源來說，就是在開闢一片堆內存，把原來的內容拷貝。

如果你拷貝的對象中引用了某個外部的內容（比如分配在堆上的數據），那麼在拷貝這個對象的時候，讓新舊兩個對象指向同一個外部的內容，就是淺拷貝；如果在拷貝這個對象的時候爲新對象製作了外部對象的獨立拷貝，就是深拷貝

引用和指針的語義是相似的，引用是不可改變的指針，指針是可以改變的引用。其實都是實現了引用語義。
深拷貝和淺拷貝的區別是在對象狀態中包含其它對象的引用的時候，當拷貝一個對象時，如果需要拷貝這個對象引用的對象，則是深拷貝，否則是淺拷貝。

COW語義是“深拷貝”與“推遲計算”的組合，仍然是深拷貝，而非淺拷貝，因爲拷貝之後的兩個對象的數據在邏輯上是不相關的，只是內容相同。

無論深淺，都是需要的。當深拷貝發生時，通常表明存在着一個“聚合關係”，而淺拷貝發生時，通常表明存在着一個“相識關係”。
舉個簡單的例子：
當你實現一個Composite Pattern，你通常都會實現一個深拷貝(如果需要拷貝的話)，很少有要求同的Composite共享Leaf的；
而當你實現一個Observer Pattern時，如果你需要拷貝Observer,你大概不會去拷貝Subject，這時就要實現個淺拷貝。
是深拷貝還是淺拷貝，並不是取決於時間效率、空間效率或是語言等等，而是取決於哪一個是邏輯上正確的