深入拷贝构造函数

一、基本概念

拷贝构造函数是C++中处理对象拷贝的重要方法之一，它是一种特殊的构造函数，用于实现对象的深拷贝。

深拷贝和浅拷贝都是对象拷贝的方法，浅拷贝只是拷贝了指针的值，而深拷贝则是将指针指向的内存空间中的数据也完全复制一份，这样才能保证两个对象的完全独立。而拷贝构造函数正是用于实现这种复制的。

二、语法和用法

拷贝构造函数的语法非常简单，它和一般的构造函数类似，只不过参数是该类的一个对象的引用。

class A{
public:
    A(const A& other){
        //拷贝构造函数的实现
    }
};

在用到对象拷贝的时候，编译器会自动调用该类的拷贝构造函数，如下面代码所示：

A a;
A b=a;//编译器自动调用拷贝构造函数

需要注意的是，如果一个类没有编写拷贝构造函数，编译器会默认生成一个默认的拷贝构造函数，该函数与原类的构造函数非常相似，会将参数对象中的值依次拷贝到新创建的对象中。但是在某些情况下，这样的拷贝并不完全符合实际需求，这时候就需要我们手动编写拷贝构造函数。

三、拷贝构造函数的实现

拷贝构造函数的实现一般非常简单，只需要将被拷贝对象中的值一一赋值给新创建的对象即可。下面是一个简单的例子，用于说明拷贝构造函数的实现，并且展示了浅拷贝和深拷贝的区别。

#include <iostream>

using namespace std;

class Student{
public:
    int num;
    char* name;
    int age;

    //构造函数
    Student(){
        num=0;
        name=NULL;
        age=0;
    }

    //拷贝构造函数
    Student(const Student& other){
        num=other.num;
        age=other.age;

        if(other.name==NULL){
            name=NULL;
        }
        else{
            int len=strlen(other.name);
            name=new char[len+1];//为name重新分配内存空间，以复制原有字符数组
            strcpy(name,other.name);
        }
    }

    //析构函数
    ~Student(){
        if(name!=NULL){
            delete[] name;
        }
    }
};

int main(){
    char* str=new char[6];
    strcpy(str,"Mike");
    Student a;
    a.num=1;
    a.name=str;
    a.age=18;

    Student b(a);//拷贝构造函数

    //修改a对象的值
    a.num=2;
    strcpy(str,"Jack");
    a.age=19;

    cout<<"a:"<<a.num<<" "<<a.name<<" "<<a.age<<endl;
    cout<<"b:"<<b.num<<" "<<b.name<<" "<<b.age<<endl;

    delete[] str;//但是需要注意的是，a和b的name指针指向同一个内存空间，因此在释放内存时需要谨慎
    return 0;
}

上面的代码中，我们创建了两个Student对象a和b，在使用拷贝构造函数来实现b的赋值时，我们使用了深拷贝的方式，为name重新分配了内存空间，并且将原有字符数组中的值也复制了一份。这样一来，我们就能够保证b和a是完全独立的了。

需要注意的是，在使用拷贝构造函数时需要特别小心，因为使用不当会导致非常严重的后果。例如在上面的例子中，我们修改了a对象的值，在输出a和b对象的内容时发现b的name也被修改了，这是因为a和b的name指针指向的是同一个内存空间，因此对a进行的修改也会同步到b上。

四、拷贝构造函数的调用时机

拷贝构造函数并不是在所有情况下都会调用的，具体调用时机与拷贝构造函数的实现方式和对象声明方式都有关系。

1、使用一个对象初始化另一个对象

Student a;
Student b(a);//自动调用拷贝构造函数

2、传递对象的引用作为函数的参数

void function(Student stu){
    //...
}

main(){
    Student a;
    function(a);//自动调用拷贝构造函数
}

3、返回对象实例作为函数结果

Student function(){
    Student a;
    return a;//自动调用拷贝构造函数
}

需要注意的是，在某些情况下，编译器会对拷贝构造函数进行优化，从而避免不必要的拷贝。例如在声明对象数组时：

Student a[10];//只调用一次构造函数
Student b[10]=a;//只调用一次拷贝构造函数

总结

本文从多个方面对拷贝构造函数进行了详细的介绍，包括基本概念、语法和用法、拷贝构造函数的实现以及调用时机。同时，本文还通过例子对浅拷贝和深拷贝进行了比较，并且揭示了使用拷贝构造函数时需要注意的事项。

总体来说，拷贝构造函数是C++中一个十分重要的方法，我们应该在使用中多加练习和学习，以便更好地掌握它的用法及实现。同时，在引入内存动态分配、指针等概念后，我们需要特别注意在使用拷贝构造函数时的安全问题，以避免内存泄漏和指针异常等问题。