C++拷贝函数的实现及用法

一、拷贝函数概述

拷贝函数是C++中的类成员函数之一，用于在对象创建时或对象作为函数参数传递时，将一个对象的值复制给另一个对象。当没有定义拷贝函数时，C++编译器将自动生成一个浅复制的默认拷贝函数。默认拷贝函数的作用是将一个对象的成员变量值复制给另一个对象，但对于指针类型等复杂类型，这种复制方式显然是不合适的。

二、浅拷贝和深拷贝的区别

浅拷贝是指在执行拷贝过程时，只是将内存中的数据进行简单的复制，这样将得到两个指针指向同一块内存地址。

深拷贝是指在执行拷贝过程时，将自定义类型的内存块复制到新的内存块中，从而这两个对象互不干扰。

//示例代码
#include 
#include 

using namespace std;

class String {
public:
    String(const char* str = NULL);//普通构造函数 
    String(const String &other);//拷贝构造函数
    ~String();//析构函数
    String& operator =(const String& other);//赋值函数
private:
    char *m_data;//用于保存字符串
    int m_len;//用于保存字符串长度
};

String::String(const char* str) {
    if (str == NULL) {
        m_data = new char[1];
        *m_data = '\0';
        m_len = 0;
    }
    else {
        m_len = strlen(str);
        m_data = new char[m_len + 1];
        strcpy(m_data, str);
    }
}

String::String(const String &other) {
    m_len = other.m_len;
    m_data = new char[m_len + 1];
    strcpy(m_data, other.m_data);
}

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

String& String::operator =(const String& other) {
    if (this == &other)//检查自赋值
        return *this;
    delete[] m_data;//释放旧空间
    m_len = other.m_len;
    m_data = new char[m_len + 1];
    strcpy(m_data, other.m_data);
    return *this;
}

三、深拷贝的实现

为了实现深拷贝，我们需要自定义拷贝函数（拷贝构造函数、赋值函数），以避免默认拷贝函数的浅复制行为。拷贝构造函数用于在对象创建时复制一个现有对象，赋值函数则用于在对象已经存在时将一个现有对象的值复制给另一个对象。下面的代码就是一个使用深拷贝的例子。

//示例代码
#include 
#include 

using namespace std;

class Student {
public:
    Student();
    Student(const char *name, int age, const char *gender);
    Student(const Student &stu);
    ~Student();

    const char* getName() const;
    int getAge() const;
    const char* getGender() const;

    void setName(const char *name);
    void setAge(int age);
    void setGender(const char *gender);

    Student& operator=(const Student &stu);

private:
    char *m_name;
    int m_age;
    char *m_gender;
};

Student::Student(): m_name(NULL), m_age(0), m_gender(NULL) {}

Student::Student(const char *name, int age, const char *gender) {
    if(name) {
        m_name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(m_name, name);
    } else {
        m_name = new char[1];
        *m_name = '\0';
    }

    m_age = age;

    if(gender) {
        m_gender = new char[strlen(gender) + 1];
        strcpy(m_gender, gender);
    } else {
        m_gender = new char[1];
        *m_gender = '\0';
    }
}

Student::Student(const Student &stu) {
    if(stu.m_name) {
        m_name = new char[strlen(stu.m_name) + 1];
        strcpy(m_name, stu.m_name);
    } else {
        m_name = new char[1];
        *m_name = '\0';
    }

    m_age = stu.m_age;

    if(stu.m_gender) {
        m_gender = new char[strlen(stu.m_gender) + 1];
        strcpy(m_gender, stu.m_gender);
    } else {
        m_gender = new char[1];
        *m_gender = '\0';
    }
}

Student::~Student() {
    if(m_name) {
        delete[] m_name;
    }
    if(m_gender) {
        delete[] m_gender;
    }
}

const char* Student::getName() const {
    return m_name;
}

int Student::getAge() const {
    return m_age;
}

const char* Student::getGender() const {
    return m_gender;
}

void Student::setName(const char *name) {
    if(name) {
        m_name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(m_name, name);
    } else {
        m_name = new char[1];
        *m_name = '\0';
    }
}

void Student::setAge(int age) {
    m_age = age;
}

void Student::setGender(const char *gender) {
    if(gender) {
        m_gender = new char[strlen(gender) + 1];
        strcpy(m_gender, gender);
    } else {
        m_gender = new char[1];
        *m_gender = '\0';
    }
}

Student& Student::operator=(const Student &stu) {
    if(this == &stu) {// 检查自赋值
        return *this;
    }

    if(m_name) {
        delete[] m_name;
    }

    if(stu.m_name) {
        m_name = new char[strlen(stu.m_name) + 1];
        strcpy(m_name, stu.m_name);
    } else {
        m_name = new char[1];
        *m_name = '\0';
    }

    m_age = stu.m_age;

    if(m_gender) {
        delete[] m_gender;
    }

    if(stu.m_gender) {
        m_gender = new char[strlen(stu.m_gender) + 1];
        strcpy(m_gender, stu.m_gender);
    } else {
        m_gender = new char[1];
        *m_gender = '\0';
    }

    return *this;
}

四、拷贝函数的使用场景

在以下场景中，拷贝函数尤为重要：

1、当类具有指针成员时，必须使用深拷贝，以避免浅复制时指针成员指向同一个地址。

2、当类中的成员总量较大时，赋值操作会占据很多时间，因此深拷贝函数可以显著提高代码的执行效率。

3、当类中包含了单例模式时，拷贝构造函数和赋值构造函数就有着更为重要的意义。

五、总结

在C++编程中，拷贝函数是相当重要的一个内容。在类的实例化以及类实例的拷贝过程中，深拷贝有时还需要重写拷贝函数来保证正确性。因此，C++工程师必须充分理解拷贝函数的内涵，能够正确地实现它，以避免因深复制的不当实现而导致程序的不稳定。