Re：从零开始的 C++ 入門篇（七）类和对象·第四篇：拷贝构造函数&赋值运算符重载
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0.1概要&序論
这里是此方，久しぶりです！今天，为大家带来的是类和对象中的两位超级容易混淆的概念：拷贝构造和赋值重载，相信很多小伙伴都了解过构造函数和运算符重载，相信大家看完本文后能对他们有更新的认识。「此方」です。それでは、始めましょう！
一，拷贝构造函数
1.1拷贝构造函数的定义
拷贝构造函数是构造函数的重载
如果一个构造函数的第一个参数是自身类类型的引用，且任何额外的参数都有默认值，则此构造函数也叫做拷贝构造函数（又名复制构造函数），也就是说拷贝构造是一个特殊的构造函数。
1.2拷贝构造函数的创建
Date(const Date& d, int x = 0){ _year = d._year; _month = d._month; _day = d._day; }逐层分析：
- 函数和构造函数基本一致，无返回值（包括void）
- 第一个参数必须是自身类类型的引用。（Date&d）
- 后面的参数（如果有）都必须加上缺省值。（int x = 0）
- 引用前面最好加上const限制。
1.2.1采用const引用的原因
可以保护形式参数不被改变。传值传参，拷贝构造函数只是一个中转。我不希望它在函数体内对我的原来的对象造成修改。
Date(const Date& d){ if (d._year = _year){ } }此外，常见的错误：在if语句种将==写成=，const也可以提醒你避免这些错误。
1.3拷贝构造函数的调用
注意：拷贝构造函数的调用必须以现有的自身类类型对象为第一个参数。
int main() { Date d1(2024,2,23); Date d2(d1); func (d1); }1.3.1情形一：拷贝构造初始化
Date(const Date& d){ this->_year = d._year; this->_month = d._month; this->_day = d._day; }采用 Date d2(d1) 调用拷贝构造函数完成初始化，d2调用拷贝构造函数所以this指针就是d2的指针，d就是d1的别名，d将d1的值传递给this指针指向的内容，完成拷贝初始化。
1.3.2情形二传值调用拷贝构造
传值拷贝的时候，别名d任然指的是传递的形参。但是此时的this指针是函数形式参数的指针。
1.3.3情形三
传值返回的时候会调用拷贝构造函数完成拷贝：传值返回会产生一个临时对象调用拷贝构造。
1.3.4总结
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。
对于内置类型，传值调用实际上影响不大。对于自定义类型，传值传参还要到用拷贝构造函数，费劲。所以一般建议传引用传参，跳过拷贝构造函数这一步。（不可避免传值传参的时候传值）
但是：
传引用返回，返回的是返回对象的别名（引用），没有产生拷贝。如果返回对象是一个当前函数局部域的局部对象，函数结束就销毁了，那么使用引用返回是有问题的，这时的引用相当于一个野引用，类似一个野指针一样。传引用返回可以减少拷贝，但是一定要确保返回对象，在当前函数结束后还在，才能用引用返回。
1.3.5补充
- 未定义行为：对多个参数进行传值调用的时候，C++没有规定这些参数传值调用拷贝构造函数的顺序。由编译器自动决定
- 调用拷贝构造函数的另外一种方法：第二种调用方法实质上等价于第一种。（你以后会喜欢第二种的）
Stack st2(st1); Stack st3 = st1;1.4传值拷贝构造与无穷递归
拷贝构造函数的参数：必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器必定报错，因为语法逻辑上会引发无穷递归调用。
1.4.1浅拷贝与深拷贝
要理清这个问题，首先要明白C语言和C++在传值拷贝上的区别。
| 语言 | 拷贝方式 | 解释 |
| C语言 | 浅拷贝（值拷贝） | 将每个字节一次拷贝给目标 |
| C++ | 深拷贝 | 调用拷贝构造函数完成拷贝 |
class Date{ public: Date(const Date& d){ _year=d._year; _month=d._month; _day=d._day; } void Func(Date d); private: int _year; int _month; int _day; } void Func(Date d){ cout<<d._year<<d._month<<d._day<<endl; } int main(){ Date d1; Func(d1); return 0; }如上代码：
- 如果是C语言环境：调用Func（）函数传值d1会直接把实参d1一个字节一个字节的拷贝给形参d，这就是值拷贝（浅拷贝）。
- 如果是C++的环境：调用Func（）函数会先调用拷贝构造函数Date（），此时的d就是d1的别名，this指针是Func（）函数的形参d的指针。完成深拷贝。
补充内容：不管是深拷贝还是浅拷贝，都会生成一个临时对象，只是这个临时对象的生成方式不同，浅拷贝生成的方式是一个字节一个字节的拷贝过去，深拷贝在于复制语义：不仅复制对象的值，还重新分配资源并复制资源的内容，因此临时对象内部持有独立资源。
摘要来自ChatGPT：
浅拷贝（shallow copy）
拷贝策略是 member-wise copy：
- 遇到 int、double、bool 等 POD 类型 → 直接复制值
- 遇到 指针 → 复制指针本身的值（即地址），不复制指向的内容
结果是：
两个对象共用同一块堆资源深拷贝（deep copy）
拷贝策略是 member-wise copy + resource reallocation：
- 遇到 int、double、bool → 复制值
- 遇到 指针 →
- 根据源对象的资源大小，重新申请一块新内存
- 将源对象指向的内容复制到新申请的内存
- 将新的地址赋给目标对象的指针成员
用更直白的话说：
深拷贝复制的是「资源」，不是「指针的地址」。
（注意：值拷贝和浅拷贝不是一回事，但是这里讲不清楚，放在后面的章节，）
1.4.2无穷递归原理
能否发生无穷递归的关键是Date拷贝构造函数能否结束调用，如图，传引用调用，Date拷贝构造函数执行完成拷贝后自动转到Func（）函数。避免了无穷递归。
Date(const Date d){ _year=d._year; _month=d._month; _day=d._day; }假设我们把拷贝构造函数的传引用改成传值，灾难性的问题就发生了：
过程分析：
- 调用拷贝构造函数（第一个）采用传值调用。传值调用需要调用拷贝构造函数（第二个）。
- 调用拷贝构造函数（第二个）采用传值调用，传值调用需要调用拷贝构造函数（第三个）。
- 调用拷贝构造函数（第三个）采用传值调用，传值调用需要调用拷贝构造函数（第四个）。
- 调用拷贝构造函数（第四个）采用传值调用，传值调用需要调用拷贝构造函数（第五个）。
- ...........以此类推，无穷无尽，永远无法结束调用拷贝构造函数（第n个），也就永远无法调用到拷贝构造函数（第n-1个）
1.5深究浅拷贝与深拷贝
1..5.1自动生成拷贝构造函数
与构造函数与析构函数不同，自动生成的拷贝构造函数会管内置类型。
若未显示定义拷贝构造，编译器会自动生成拷贝构造函数。自动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，对自定义类型成员变量会调用他的拷贝构造。
- 情况一： 类成员均为内置类型，且不管理资源
例如Date类。编译器生成的拷贝构造函数会完成值拷贝，因此不需要我们显式实现拷贝构造。 - 情况二： 类成员包含自定义类型，且该类型已正确实现拷贝构造函数
例如Myqueue类，其内部成员主要是自定义类型Stack的对象。编译器自动生成的拷贝构造函数会调用Stack的拷贝构造函数，因此也不需要我们显式实现Myqueue的拷贝构造。 - 情况三：类管理动态资源
例如Stack 类，其成员_a指向了资源。编译器自动生成的拷贝构造函数仅完成值拷贝 / 浅拷贝（仅复制指针值），并不符合我们的需求，因此必须手动实现深拷贝，即对指针所指向的资源也进行完整拷贝。
设计者的小巧思：
这种设计某种意义上是为了兼容C语言，浅拷贝——类似于memcpy函数，也就是C语言传值调用的方式，C语言结构体传参会完成值拷贝。
1.5.2需要自己实现深拷贝的场景
如图：对栈类型调用拷贝构造函数初始化。
但是你发现：程序崩溃。原因：同一个空间被析构两次。调试查找问题你发现：_a存放的地址在两个栈中一致。
原理解释：Stack不显示实现拷贝构造，用自动生成的拷贝构造完成浅拷贝，会导致st1和st2里面的_a指针指向同一块资源，析构时会析构两次，程序崩溃
于是，对于栈这种向内存申请资源的类，不建议使用编译器自带的拷贝方式。必须手动实现拷贝构造函数。
Stack(const Stack& st){ _a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity); if (nullptr == _a){ perror("malloc申请空间失败!!!"); return; } memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top); _top = st._top; _capacity = st._capacity; } 
1.5.3C语言在此的致命缺陷
void func(Stack st){ } int main(){ Stack st1; func(st1); return 0; }C语言传值传参，形式参数确实不会改变实际参数的值，但是传值传参把指针变量的指针一个字节一个字节的拷贝过去，让形式参数的对象的指针和实际参数的指针指向同一块空间，会引发连锁改变效应。
二，赋值运算符重载
2.1赋值运算符重载的定义
赋值运算符重载是一个默认成员函数，用于完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值，这里要注意跟拷贝构造区分，拷贝构造用于一个对象拷贝初始化给另一个要创建的对象。
Date d1(2024, 7, 5); Date d2(2024, 7, 6); // 赋值重载 d1 = d2; // 拷贝构造 Date d3(d2); Date d4 = d2;尤其注意这个不是赋值运算符重载：Date d4 = d2;这里的d4也是要创建的对象（优先是构造再是拷贝。），所以不是赋值重载，一定要强调是两个已经存在的对象。这里非常容易混淆。
2.2赋值运算符重载的特点
1， 赋值运算符重载是一个运算符重载，规定必须重载为成员函数。赋值运算符重载的参数建议写成 const 当前类类型引用，否则会传值传参会有拷贝。
operator=(const Date& d) { } 2，有返回值，且建议写成当前类类型引用，引用返回可以提高效率，有返回值目的是为了支持连续赋值场景。
Date& operator=(const Date& d) { _year=d._year; _month=d._month; _day=d._day; return *this: }赋值运算符的结合性是从左向右：k=1运算符结果是左操作数k，k=j运算符结果是左操作数j，以此类推。如图：
2.3赋值运算符重载是否需要手动实现
没有显式实现时，编译器会自动生成一个默认赋值运算符重载，默认赋值运算符重载行为跟默认构造函数类似，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 赋值重载。
2.3.1不需要手动实现的情况
- 情况一：类成员均为内置类型，且不管理资源
例如Date类。编译器生成的赋值运算符会进行值拷贝。 - 情况二：类成员包含自定义类型，且该类型已正确实现赋值运算符
例如Myqueue类，其成员为Stack对象。编译器会递归调用Stack的赋值运算符，只要Stack已正确实现深拷贝，Myqueue就无需手动实现。
2.3.2必须手动实现的情况
- 类管理动态资源（如堆内存、文件句柄等）
例如Stack类，其成员_a指向动态数组。编译器生成的赋值运算符仅进行浅拷贝（复制指针值），会导致：内存泄漏，重复释放，悬空指针等一系列问题。
2.3.3实用技巧：一个简单的判断法则
如果类显式实现了析构函数（因为需要释放资源），那么它通常也需要显式实现：拷贝构造函数赋值运算符重载
这就是著名的 “Rule of Three”（C++98/03）或 “Rule of Five”（C++11 后，包括移动语义）。反之，如果不需要写析构函数，通常也不必写拷贝控制函数。
好了，本期内容到此结束，我是此方，我们下期再见。バイバイ！
