C++波澜壮阔40年|类和对象篇：拷贝构造与赋值重载的演进与实现

Ne0inhk

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C++波澜壮阔40年|类和对象篇：拷贝构造与赋值重载的演进与实现
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引言

在C++面向对象编程中，对象的复制操作无处不在。无论是函数传参、返回值传递，还是对象间的赋值，都需要精确控制数据的复制行为。

C++通过拷贝构造函数和赋值运算符重载两套机制，为开发者提供了对象复制的完整解决方案。
本文将从基础概念出发，深入解析这两种复制机制的实现细节与应用技巧。

一、拷贝构造函数

如果一个构造函数的第一个参数是**自身类型的引用**，且 其他所有参数都有默认值（如果有） ，就叫做 拷贝构造，是特殊的构造函数。

  • 基本形式：
#include<iostream>usingnamespace std;//基本形式classExample{public:Example(Example& d){//...}};

1.1 解析：拷贝构造特点

（部分规则与构造函数相同）

  1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载；
  2. 拷贝构造函数的第一个参数必须是自身类类型的引用：类名& 或 const 类名&（最好加 const）。 如果使用传值的方式，在逻辑上会引发无穷递归调用；
  3. 拷贝构造函数可以有多个参数，第一个为引用，其他必须有缺省值；
  4. C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这里自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造完成；
  5. 若未显式定义拷贝构造，编译器会生成自动生成拷贝构造函数。默认生成的拷贝构造对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的拷贝构造；
  6. 类似前面说的Date类，成员变量全是内置类型且不指向资源，编译器默认生成的拷贝构造就够了。类似Stack类，虽然也都是内置类型，但是指针指向资源，那么编译器默认生成的浅拷贝/值拷贝就不太够，需要显式定义深拷贝。再对于MyQueue类，自定义类型Stack变量成员就直接调用它的拷贝构造。

【技巧】：如果一个类显式实现了析构并释放资源，那么他就需要显式定义深拷贝，否则就不需要。

  1. 传值返回会产生一个临时对象来调用拷贝构造；而传引用返回，返回的是对象的别名，不会产生拷贝，但是返回的对象为一个当前函数局部域的局部对象，函数结束就会销毁，这时传引用返回是有问题的，类似于野指针。
    （传引用返回会减少拷贝，但是要确保返回对象在函数结束时不会被销毁）

解释特点第2条：

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看图也可以明白，当==拷贝构造函数传值传参==时，函数的形参是实参拷贝出来的新对象，要调用拷贝构造，但是拷贝构造函数也是传值传参就又要调用拷贝构造，这样无限循环下去……

其次，在引用传参最好加上const，因为将对象传过来，也不会将对象进行改变操作，那么const就方便了传参（权限缩小）。当然，这时候传const对象也是可以的（权限平移）。

    • 特点第2条拓展：既然要引用传参，那么指针可以吗？
      先说，传指针是可以的，但是函数就变成普通的构造函数，不是拷贝构造函数。
#include<iostream>usingnamespace std;//传指针classDate{public://构造函数:全缺省Date(int day =8,int month =1,int year =2026){ _day = day; _month = month; _year = year;}//指针传参Date(Date* d){ _day = d->_day; _month = d->_month; _year = d->_year;}voidPrint(){ cout << _year <<'/'<< _month <<'/'<< _day << endl;}private:int _day;int _month;int _year;};intmain(){//调用构造函数初始化d1 Date d1; d1.Print();//传地址 Date d2(&d1); d2.Print();return0;}
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  • 解释特点第5条：

拷贝构造函数就和构造、析构有点不同。它会对内置类型的成员变量进行处理。
类似Date类这样全是内置类型的变量，编译器默认生成的就够用；对于复杂结构的类Stack，就要自定义深拷贝；对于MyQueue这样的类，不显式定义拷贝构造，编译器就会调用成员变量对应类的拷贝构造。

  • 解释特点第6条： 通过实现栈来观察
    • 有指向的资源，浅拷贝的后果：
      • 一个对象改变会影响另一个对象；
      • 析构时，同一块空间会释放两次空间；
typedefint STDataType;classStack{public:Stack(int n =4){ _a =(STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* n);if(nullptr== _a){perror("malloc申请空间失败");return;} _capacity = n; _top =0;}// Stack st2(st1);Stack(const Stack& s){ _a = s._a; _capacity = s._capacity; _top = s._top;}voidPush(STDataType x){if(_top == _capacity){int newcapacity = _capacity *2; STDataType* tmp =(STDataType*)realloc(_a, newcapacity *sizeof(STDataType));if(tmp ==NULL){perror("realloc fail");return;} _a = tmp; _capacity = newcapacity;} _a[_top++]= x;}~Stack(){ cout <<"~Stack()"<< endl;free(_a); _a =nullptr; _top = _capacity =0;}private: STDataType* _a; size_t _capacity; size_t _top;};intmain(){ Stack s1; s1.Push(1); s1.Push(2); s1.Push(3); s1.Push(4); Stack s2(s1);return0;}
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（会产生错误，通常是内存相关的问题。）

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这样浅拷贝会使两个对象的指针变量都指向同一块空间，最后的两次析构就导致第二次析构对已经释放完的空间再次释放，发生错误。

    • 有指向的资源，自定义深拷贝：（先简单了解）
      • 不仅仅对成员拷贝，还对指向的资源空间数据进行处理。（开空间）
Stack(const Stack& s){ _a =(STDataType*)malloc(sizeof(STDataType)* s._capacity);if(_a ==NULL){perror("realloc fail");return;}memcpy(_a, s._a, s._top *sizeof(STDataType)); _capacity = s._capacity; _top = s._top;}
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调试程序发现：不指向同一空间。

  • 解释特点第7条：
    在上面栈的基础上
int&func1(){int ret =1;return ret;//返回的是ret的别名} Stack&func2(){ Stack st;return st;}intmain(){int ret1 =func1();//ret在函数结束时就销毁了，所以这里存在错误 cout << ret1 <<'\n';//可能是1或者随机值 Stack ret2 =func2();//调拷贝构造，但是st不存在return0;}
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根据特点7，函数传值返回是会调用拷贝构造的，但是传引用返回不会。对于st这里，函数就是进行析构（成员函数），那么在通过返回的别名来访问st肯定是错的。

【所以，在传引用返回是一定要注意返回对象是否还存在！】

1.2 关键：拷贝构造的调用

  • 用一个对象初始化另一个同类的对象（在创建的同时初始化）

基本形式：

Example a; Example b(a);// 调用拷贝构造函数 Example c = a;// 调用拷贝构造函数
#include<iostream>usingnamespace std;classDate{public://构造函数:全缺省Date(int day =8,int month =1,int year =2026){ _day = day; _month = month; _year = year;}//拷贝构造函数Date(Date& d){ _day = d._day; _month = d._month; _year = d._year;}voidPrint(){ cout << _year <<'/'<< _month <<'/'<< _day << endl;}private:int _day;int _month;int _year;};intmain(){//调用构造函数初始化d1 Date d1;//不要写成Date d1(); d1.Print();//创建对象的同时，调用拷贝构造进行初始化 Date d2(d1); d2.Print();return0;}
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  • 函数参数按值传递该类的对象（传值传参）

基本形式：

voidfunc(Example obj){...} Example a;func(a);// 调用拷贝构造函数
注意： 调用函数，形参是用实参拷贝构造出来的新对象，将实参传递就符合调用拷贝构造的规则。（函数形参也是一个需要被创建的对象。）
#include<iostream>usingnamespace std;classDate{public://构造函数:全缺省Date(int day =8,int month =1,int year =2026){ _day = day; _month = month; _year = year;}//拷贝构造函数Date(Date& d){ _day = d._day; _month = d._month; _year = d._year;}voidPrint(){ cout << _year <<'/'<< _month <<'/'<< _day << endl;}private:int _day;int _month;int _year;};voidfunc(Date d){ d.Print();}intmain(){//调用构造函数初始化d1 Date d1; d1.Print();func(d1);//调用拷贝函数return0;}
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在VS2022上调试程序发现，调用func()函数时，将对象传参，会先进行拷贝构造，然后进入func()函数内。（函数进行传值传参，会先完成传参）

二、赋值运算符重载

2.1 铺垫：运算符重载特点

  1. 当运算符被用于类类型的对象时，C++允许通过运算符重载的形式指定新的含义。C++规定，类类型对象使用运算符时，需要转换成调用相应的运算符重载，没有会报错；
  2. 运算符重载式具有特殊名字的函数，名称由operator和后面的运算符构成，与普通函数一样，具有返回值、返回类型、参数、函数体等；
  3. 重载运算符函数的参数个数和运算符的操作对象数量相同：一元运算符一个参数，二元运算符两个参数。对于二元：左侧运算对象传给第一个参数，右侧传给第二个参数；
  4. 如果一个重载运算符函数是成员函数，则它的第一个运算对象默认传隐式的this指针，因此运算符重载作为成员函数时，参数比运算对象少一个；
  5. 运算符重载以后，其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持一致；
  6. 不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符：比如operator@；
  7. .*、::、sizeof、? :、. 以上五个运算符不能重载；
  8. 重载运算符至少有一个类类型的参数，不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义，如：operator+(int x, int y);
  9. 一个类需要哪些运算符重载。是看那些有实际意义，比如：Date类的operatoe-有意义，operatoe*没有意义；
  10. 重载 ++ 运算符时，有 前置 ++ 和 后置 ++ ，运算符重载函数名都是operator++，无法很好的区分。C++规定，后置 ++ 重载时，增加一个int形参，跟前置 ++ 构成函数重载，方便区分；
  11. 重载 << 和 >> 时，需要重载为全局函数，因为重载为成员函数，this指针默认抢占了第一个形参位置，第一个形参位置是左侧运算对象，调用时就变成了对象<<cout，不符合使用习惯和可读性。重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了，第二个形参位置当类类型对象。

2.1.1 核心：理解运算符重载

【搭配举例】：

#include<iostream>usingnamespace std;classDate{public://构造函数Date(int day =8,int month =1,int year =2026){ _day = day; _month = month; _year = year;}//如果运算符重载载在类外实现，解决变量私有化一个方法：intGetyear(){return _year;}//或者在类内定义//比较Date类对象是否相等booloperator==(const Date& d)//this占第一个，显式第一个参数为左侧运算对象//第4条：默认第一个参数为this指针{return _day == d._day && _month == d._month && _year == d._year;}private:int _day;int _month;int _year;};//类外定义//bool operator==(const Date& x1, const Date& x2) //第2条//{// return x1.day == x2._day && x1._month == x2._month &&// x1._year == x2._year;//}intmain(){ Date d1(1,1,1); Date d2; cout <<(d1 == d2)<< endl;//第3条}

【额外注意】：

  • 当在类外定义运算符重载时，因为成员变量私有无法访问，可采取：
    • 将成员变量访问改为公有，但是太极端危险；
    • 在类内定义int Getyear();之类函数，获取成员变量；
    • 直接在类内定义运算符重载成为成员函数（推荐），但是要注意参数的改变（第4条）。
    • 友元函数（后面会有）。
  • 在最后输出结构，注意优先级。<< / >> 优先级较高，所以... == ... 要加括号。

【介绍.*运算符】：C++不常用，了解

#include<iostream>usingnamespace std;voidfunc1(){ cout <<"void func()"<< endl;}classA{public:voidfunc2(){ cout <<"A::func()"<< endl;}};intmain(){// 普通函数指针void(*pf1)()= func1;(*pf1)();// A类型成员函数的指针void(A::* pf2)()=&A::func2; A aa;(aa.*pf2)();//这里就是使用的.*//(aa.*pf2)(&aa);错误，this指针不能显式出现参数。return0;}

2.2 进阶：赋值运算符重载特点

赋值运算符重载是一个默认成员函数，用于完成两个已存在的对象直接的拷贝复制，要和拷贝构造区分开。

  1. 赋值运算复是一个运算符重载，C++规定必须为成员函数。参数建议写成const当前类类型引用传参，当然传值传参会调用拷贝构造；
  2. 有返回值，建议写成当前类类型引用，传引用返回可以提高效率，有返回值就可以连续赋值；
  3. 当没有显式实现，编译器会默认生成，其行为和默认生成的拷贝构造类似，对内置类型成员变量会先完成值拷贝，对自定义类型会调用相应的赋值重载函数；
  4. 类似Date类，为内置类型成员且不指向任何资源，编译器默认生成的浅拷贝就够了。但是类似Stack类，有指向的资源，就需要自定义深拷贝。

（这里和拷贝构造类似）

【技巧】：如果一个类显式实现了析构并释放资源，那么他就需要显式定义深拷贝，否则就不需要。

2.2 核心：理解赋值运算符重载

#include<iostream>usingnamespace std;classDate{public://构造函数Date(int day =8,int month =1,int year =2026){ _day = day; _month = month; _year = year;}//拷贝构造Date(const Date& d){ _day = d._day; _month = d._month; _year = d._year;}//赋值重载//d1 = d2 Date&operator=(const Date& d){if(this!=&d){ _day = d._day; _month = d._month; _year = d._year;}return*this;//返回d1别名，不拷贝}voidPrint(){ cout << _year <<'/'<< _month <<'/'<< _day << endl;}private:int _day;int _month;int _year;};intmain(){ Date d1(1,1,1); Date d2(d1);//拷贝构造 Date d3 = d1;//拷贝构造 d2.Print(); d3.Print(); Date d4; d5 = d4 = d1;//赋值重载 d4.Print();return0;}
  • 【说明】： Date& operator=(const Date& d);为什么可以传引用返回？
    在拷贝构造部分，有过说明“传值返回会发生拷贝”，但是this不是这个函数的局部对象，不会销毁，额外的拷贝就很麻烦，没必要。

总结

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结语：

拷贝构造函数与赋值运算符重载构成了C++对象复制机制的核心支柱。它们分别负责对象初始化和对象赋值两种不同场景的复制需求。

掌握这些复制控制机制，不仅能写出更安全的代码，更能深入理解C++对象生命周期的管理哲学。这是从C++使用者迈向C++设计者的重要一步。

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