什么时候我们必须编写用户定义的复制构造函数？

Question

我知道 C++ 编译器为类创建一个复制构造函数。在什么情况下我们必须编写用户定义的复制构造函数？你能举一些例子吗？

Answer 1

编译器生成的复制构造函数执行按成员复制。有时这还不够。例如：

class Class {
public:
    Class( const char* str );
    ~Class();
private:
    char* stored;
};

Class::Class( const char* str )
{
    stored = new char[srtlen( str ) + 1 ];
    strcpy( stored, str );
}

Class::~Class()
{
    delete[] stored;
}

在这种情况下，按成员方式复制 stored 成员不会复制缓冲区（只会复制指针），因此第一个被销毁的共享缓冲区的副本将调用 delete [] 成功，第二个将遇到未定义的行为。您需要深度复制复制构造函数（以及赋值运算符）。

Class::Class( const Class& another )
{
    stored = new char[strlen(another.stored) + 1];
    strcpy( stored, another.stored );
}

void Class::operator = ( const Class& another )
{
    char* temp = new char[strlen(another.stored) + 1];
    strcpy( temp, another.stored);
    delete[] stored;
    stored = temp;
}

Answer 2

我对没有引用五规则的规则感到有点恼火。

这个规则非常简单：

五法则：
每当您编写析构函数、复制构造函数、复制赋值运算符、移动构造函数或移动赋值运算符之一时，您可能需要编写其他四个。

但是您应该遵循一个更通用的准则，该准则源于编写异常安全代码的需要：

每个资源应该由专用对象管理

这里@sharptooth的代码仍然（大部分）很好，但是如果他要向他的类添加第二个属性，那就不行了。考虑以下类：

class Erroneous
{
public:
  Erroneous();
  // ... others
private:
  Foo* mFoo;
  Bar* mBar;
};

Erroneous::Erroneous(): mFoo(new Foo()), mBar(new Bar()) {}

如果 new Bar 抛出异常，会发生什么？如何删除 mFoo 指向的对象？有一些解决方案（功能级别的 try/catch ...），但它们只是无法扩展。

处理这种情况的正确方法是使用正确的类而不是原始指针。

class Righteous
{
public:
private:
  std::unique_ptr<Foo> mFoo;
  std::unique_ptr<Bar> mBar;
};

使用相同的构造函数实现（或者实际上使用 make_unique），我现在可以免费获得异常安全！！！是不是很刺激呢？最重要的是，我不再需要担心合适的析构函数！我确实需要编写自己的复制构造函数和赋值运算符，因为unique_ptr没有定义这些操作......但它没有这里很重要;)

因此，重新审视sharptooth的课程：

class Class
{
public:
  Class(char const* str): mData(str) {}
private:
  std::string mData;
};

我不了解你，但我发现我的课程更容易;)

Answer 3

当人们必须显式声明/定义复制构造函数时，我可以回忆起我的实践并想到以下情况。我将这些情况分为两类

• 正确性/语义 - 如果您不提供用户定义的复制构造函数，使用该类型的程序可能无法编译，或者可能无法正常工作。
• 优化 - 为编译器生成的复制构造函数提供一个很好的替代方案，可以使程序更快。

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正确性/语义

我在本节中放置了声明/定义复制构造函数对于使用该类型的程序的正确操作是必要的情况。

读完本节后，您将了解允许编译器自行生成复制构造函数的几个陷阱。因此，正如 seand 在他的 回答，关闭新类的可复制性并在稍后真正需要时故意启用它总是安全的。

如何在 C++03 中使类不可复制

声明一个私有复制构造函数并且不提供它的实现（这样即使在类中复制了该类型的对象，构建也会在链接阶段失败）自己的范围或由其朋友）。

如何在 C++11 或更新版本中使类不可复制

在最后声明复制构造函数 =delete 。

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浅复制与深复制

这是最好理解的情况，实际上也是其他答案中唯一提到的情况。 shaprtooth 已覆盖 非常好。我只想补充一点，深度复制本应由对象独占的资源可以适用于任何类型的资源，动态分配的内存只是其中一种。如果需要，深度复制对象可能还需要

• 复制磁盘上的临时文件
• ，打开单独的网络连接，
• 创建单独的工作线程
• ，分配单独的 OpenGL 帧缓冲区
• 等

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自注册对象

考虑一个类，其中所有对象 -无论它们是如何构建的 - 都必须以某种方式进行注册。一些示例：

• 最简单的示例：维护当前存在对象的总数。对象注册只是增加静态计数器。

• 一个更复杂的示例是拥有一个单例注册表，其中存储对该类型的所有现有对象的引用（以便可以将通知传递给所有这些对象）。

• 引用计数智能指针可以被视为此类别的特殊情况：新指针将自身“注册”到共享资源而不是全局注册表中。

这种自注册操作必须由该类型的任何构造函数执行，复制构造函数也不例外。

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具有内部交叉引用的对象

某些对象可能具有不平凡的内部结构，其不同子对象之间具有直接交叉引用（事实上，仅一个这样的内部交叉引用就足以触发这种情况）。编译器提供的复制构造函数将破坏内部对象内关联，将其转换为对象间关联。

示例：

struct MarriedMan;
struct MarriedWoman;

struct MarriedMan {
    // ...
    MarriedWoman* wife;   // association
};

struct MarriedWoman {
    // ...
    MarriedMan* husband;  // association
};

struct MarriedCouple {
    MarriedWoman wife;    // aggregation
    MarriedMan   husband; // aggregation

    MarriedCouple() {
        wife.husband = &husband;
        husband.wife = &wife;
    }
};

MarriedCouple couple1; // couple1.wife and couple1.husband are spouses

MarriedCouple couple2(couple1);
// Are couple2.wife and couple2.husband indeed spouses?
// Why does couple2.wife say that she is married to couple1.husband?
// Why does couple2.husband say that he is married to couple1.wife?

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仅允许复制满足特定条件的对象

可能存在这样的类，其中对象在某种状态（例如默认构造状态）下可以安全复制，而在其他情况下则不安全复制。如果我们想要允许复制安全复制对象，那么 - 如果进行防御性编程 - 我们需要在用户定义的复制构造函数中进行运行时检查。

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不可复制的子对象

有时，一个应该可复制的类会聚合不可复制的子对象。
通常，这种情况发生在具有不可观察状态的对象上（这种情况将在下面的“优化”部分中更详细地讨论）。编译器只是帮助识别这种情况。

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准可复制子对象

应该是可复制的类可以聚合准可复制类型的子对象。准可复制类型不提供严格意义上的复制构造函数，但具有另一个允许创建对象的概念副本的构造函数。使类型准复制的原因是当类型的复制语义没有完全一致时。

例如，重新审视对象自注册案例，我们可以认为
可能存在必须向全局注册对象的情况
仅当对象管理器是完整的独立对象时。如果它是一个
另一个对象的子对象，那么管理它的责任是
它包含的对象。

或者，必须支持浅复制和深复制（它们都不是默认值）。

然后，最终决定权留给该类型的用户 - 复制对象时，他们必须明确指定（通过附加参数）预期的复制方法。

在非防御性编程方法的情况下，也可能同时存在常规复制构造函数和准复制构造函数。当在绝大多数情况下应应用单一复制方法时，这是合理的，而在极少数但易于理解的情况下，应使用替代复制方法。那么编译器就不会抱怨它无法隐式定义复制构造函数；用户有责任记住并检查是否应该通过准复制构造函数复制该类型的子对象。

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不要复制与对象身份强关联的状态

在极少数情况下，对象的可观察状态的子集可能构成（或被视为）对象的不可分割的一部分身份并且不应该转移到其他对象（尽管这可能有些争议）。

示例：

• 对象的 UID（但这也属于上面的“自注册”情况，因为 id 必须通过自注册行为获得）。

  对象

• 在新对象不得继承源对象的历史记录，而是以单个历史记录项“复制于”的情况下，对象的历史记录（例如撤消/重做堆栈）来自”。

在这种情况下，复制构造函数必须跳过复制相应的子对象。

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强制复制构造函数的正确签名

编译器提供的复制构造函数的签名取决于子对象可用的复制构造函数。如果至少一个子对象没有真正的复制构造函数（通过常量引用获取源对象），而是具有变异复制构造函数（通过常量引用获取源对象）通过非常量引用创建对象），那么编译器将别无选择，只能隐式声明然后定义一个可变的复制构造函数。

现在，如果子对象类型的“变异”复制构造函数实际上并未改变源对象（而只是由不了解 const 关键字的程序员编写的），该怎么办？ ？如果我们无法通过添加缺少的 const 来修复该代码，那么另一个选择是使用正确的签名声明我们自己的用户定义的复制构造函数，并犯下转向 的错误。 >const_cast。

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写时复制 (COW)

已放弃对其内部数据的直接引用的 COW 容器必须在构造时进行深度复制，否则它可能会充当引用计数句柄。

虽然COW是一种优化技术，但这个逻辑在复制构造函数中
对其正确实施至关重要。这就是为什么我把这个案例放在这里
而不是我们接下来要讨论的“优化”部分。

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优化

在以下情况下，出于优化考虑，您可能希望/需要定义自己的复制构造函数：

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复制过程中的结构优化

考虑一个支持元素删除操作的容器，但可以通过简单地标记已删除的元素来实现元素被删除，并稍后回收其插槽。当制作这样的容器的副本时，压缩幸存的数据而不是按原样保留“已删除”的槽可能是有意义的。

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跳过复制不可观察状态

对象可能包含不属于其可观察状态的数据。通常，这是在对象的生命周期内积累的缓存/记忆数据，以便加速对象执行的某些缓慢查询操作。跳过复制该数据是安全的，因为当（并且如果！）执行相关操作时将重新计算数据。复制这些数据可能是不合理的，因为如果通过变异操作修改对象的可观察状态（从中派生缓存数据），它可能会很快失效（如果我们不打算修改对象，为什么我们要创建一个深度对象）然后复制？）

仅当辅助数据与表示可观察状态的数据相比较大时，这种优化才是合理的。

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禁用隐式复制

C++ 允许通过声明复制构造函数显式 来禁用隐式复制。那么该类的对象就不能传递到函数中和/或按值从函数返回。此技巧可用于看似轻量级但复制成本确实非常昂贵的类型（尽管使其准可复制可能是更好的选择）。

在 C++03 中声明复制构造函数也需要定义它（当然，如果
你打算使用它）。因此，寻找这样的复制构造函数只是为了
所讨论的问题意味着您必须编写与
编译器会自动为您生成。

C++11 和更新的标准允许声明特殊成员函数（
默认构造函数和复制构造函数、复制赋值运算符以及
析构函数），明确请求使用默认实现
（只需以 =default 结束声明即可）。

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待办事项

这个答案可以改进如下：

• 添加更多示例代码
• 说明“具有内部交叉引用的对象”案例
• 添加一些链接

Answer 4

如果您有一个具有动态分配内容的类。例如，您将一本书的标题存储为 char * 并将标题设置为 new，复制将不起作用。

您必须编写一个复制构造函数，先执行title = new char[length+1]，然后执行strcpy(title, titleIn)。复制构造函数只会执行“浅”复制。

Answer 5

当对象按值传递、按值返回或显式复制时，将调用复制构造函数。如果没有复制构造函数，C++ 将创建一个默认的复制构造函数来进行浅复制。如果对象没有指向动态分配内存的指针，则可以使用浅复制。

Answer 6

除非类特别需要它，否则禁用复制构造函数和运算符=通常是个好主意。这可以防止效率低下，例如在需要引用时按值传递 arg。编译器生成的方法也可能无效。

Answer 7

让我们考虑下面的代码片段：

class base{
    int a, *p;
public:
    base(){
        p = new int;
    }
    void SetData(int, int);
    void ShowData();
    base(const base& old_ref){
        //No coding present.
    }
};
void base :: ShowData(){
    cout<<this->a<<" "<<*(this->p)<<endl;
}
void base :: SetData(int a, int b){
    this->a = a;
    *(this->p) = b;
}
int main(void)
{
    base b1;
    b1.SetData(2, 3);
    b1.ShowData();
    base b2 = b1; //!! Copy constructor called.
    b2.ShowData();
    return 0;
}

---

Output: 
2 3 //b1.ShowData();
1996774332 1205913761 //b2.ShowData();

b2.ShowData(); 给出垃圾输出，因为创建了一个用户定义的复制构造函数，而没有编写显式复制数据的代码。所以编译器不会创建相同的。

只是想与大家分享这些知识，尽管你们大多数人已经知道了。

干杯...
快乐编码！