为了定义拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，我们首先必须确认此类型对象的拷贝语义。通常可以定义拷贝操作，使类的行为看起来像一个值或者像一个指针(即所谓的深拷贝和浅拷贝)
类的行为像一个值，意味着它应该也有自己的状态。当我们拷贝一个像值的对象时，副本和原对象是完全独立的。改变副本不会对原对象有任何影响，反之亦然
行为像指针的类则共享状态。当我们拷贝一个这种类的对象时，副本和原对象使用相同的底层数据。改变副本也会改变原对象，反之亦然
在我们使用过的标准库类中，标准库容器和 string 类的行为像一个值。shared_ptr 提供类似指针的行为。IO 类型和 unique_ptr 不允许拷贝或赋值，因此它们的行为既不像值也不像指针
行为像值的类：
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 class HasPtr{
5 public:
6 HasPtr(const std::string &s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0) {}
7 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(new std::string(*p.ps)), i(p.i) {}
8 HasPtr& operator=(const HasPtr&);
9 ~HasPtr(){
10 delete ps;
11 }
12
13 ostream& print(ostream &os){
14 os << i << " " << *ps << " " << ps;
15 return os;
16 }
17
18 private:
19 std::string *ps;
20 int i;
21 };
22
23 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){
24 auto newp = new string(*rhs.ps);//为了避免两个对象中ps指针相同时出错先将rhs.ps中的内容存放到一个新开辟的空间newp中
25 delete ps;//释放旧内存
26 ps = newp;
27 i = rhs.i;
28 return *this;
29 }
30
31 int main(void){
32 HasPtr s1("hello");
33 HasPtr s2 = s1;
34 HasPtr s3;
35 s3 = s1;
36
37 s1.print(cout) << endl;
38 s2.print(cout) << endl;
39 s3.print(cout) << endl;
40
41 // 输出：
42 // 0 hello 0x2a811d8
43 // 0 hello 0x2a811a8
44 // 0 hello 0x2a81198
45
46 return 0;
47 }
注意：在赋值运算符应该要防范自赋值的情况：
1 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){
2 delete ps;//如果rhs和本对象是同一个对象，则rhs.ps将成为一个空悬指针
3 ps = new string(*rhs.ps);//错误,我们试图解引用一个空悬指针
4 i = rhs.i;
5 return *this;
6 }
行为像指针的类：
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 class HasPtr{
5 public:
6 HasPtr(const std::string &s = std::string()) :
7 ps(new std::string(s)), i(0), use(new std::size_t(1)) {}//直接初始化时引用计数为1
8 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(p.ps), i(p.i), use(p.use) {
9 ++*use;//引用计数加一
10 }
11 HasPtr& operator=(const HasPtr&);
12 ~HasPtr();
13
14 ostream& print(ostream &os){
15 os << *use << " " << i << " " << *ps << " " << ps;
16 return os;
17 }
18
19 private:
20 std::string *ps;
21 int i;
22 std::size_t *use;//记录当前有多少个对象共享*ps成员
23 };
24
25 HasPtr::~HasPtr() {
26 if(--*use == 0){//每析构一个HasPtr对象引用计数减一
27 delete ps;//如果引用计数为0,释放ps和use所指的内存
28 delete use;
29 }
30 }
31
32 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){
33 ++*rhs.use;//递增右侧运算对象的引用计数
34 if(--*use == 0){//然后递减本对象的引用计数
35 delete ps;//如果没有其它用户
36 delete use;//释放本对象分配的内存
37 }
38 ps = rhs.ps;
39 i = rhs.i;
40 use = rhs.use;
41 return *this;
42 }
43
44 int main(void){
45 HasPtr s1("hello");
46 HasPtr s2 = s1;
47 HasPtr s3;
48 s3 = s1;
49 HasPtr s4("word");
50
51 s1.print(cout) << endl;
52 s2.print(cout) << endl;
53 s3.print(cout) << endl;
54 s4.print(cout) << endl;
55
56 // 输出：
57 // 3 0 hello 0x2d31218
58 // 3 0 hello 0x2d31218
59 // 3 0 hello 0x2d31218
60 // 1 0 word 0x2b610c8
61
62 return 0;
63 }
注意：为了实现类似于 shared_ptr 的引用计数功能，我们可以将计数器保持到动态内存中，指向相同 ps 对象的 HasPtr 也指向相同的 use 对象。 这里我们不能使用 static 来实现引用计数，因为它是属于类本身的，这意味着所有 HasPtr 类的对象中 use 值都是相等的，并且我们将无法做到给赋值运算符右侧对象 use 加一，左侧对象 use 减一：
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 class HasPtr{
5 public:
6 HasPtr(const std::string &s = std::string()) :
7 ps(new std::string(s)), i(0) {}//直接初始化时引用计数为1
8 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(p.ps), i(p.i) {
9 ++use;//引用计数加一
10 }
11 HasPtr& operator=(const HasPtr&);
12 ~HasPtr();
13
14 ostream& print(ostream &os){
15 os << use << " " << i << " " << *ps << " " << ps;
16 return os;
17 }
18
19 private:
20 std::string *ps;
21 int i;
22 static std::size_t use;//记录当前有多少个对象共享*ps成员
23 };
24
25 HasPtr::~HasPtr() {
26 if(--use == 0){//每析构一个HasPtr对象引用计数减一
27 delete ps;//如果引用计数为0,释放ps所指的内存
28 }
29 }
30
31 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){
32 ++rhs.use;//递增右侧运算对象的引用计数
33 if(--use == 0){//然后递减本对象的引用计数
34 delete ps;//如果没有其它用户,释放本对象分配的内存
35 }
36 ps = rhs.ps;
37 i = rhs.i;
38 use = rhs.use;
39 return *this;
40 }
41
42 size_t HasPtr::use = 1;
43
44 int main(void){
45 HasPtr s1("hello");
46 HasPtr s2 = s1;
47 HasPtr s3;
48 s3 = s1;
49 HasPtr s4("word");
50
51 s1.print(cout) << endl;
52 s2.print(cout) << endl;
53 s3.print(cout) << endl;
54 s4.print(cout) << endl;
55
56 // 输出：
57 // 2 0 hello 0x2be1248
58 // 2 0 hello 0x2be1248
59 // 2 0 hello 0x2be1248
60 // 2 0 word 0x2be10b8
61
62 return 0;
63 }
交换操作：
库函数 swap 的实现依赖于类的拷贝构造函数和赋值运算符。如，对值语义的 HasPtr 类对象使用库函数 swap：
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 class HasPtr{
5 public:
6 HasPtr(const std::string &s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0) {}
7 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(new std::string(*p.ps)), i(p.i) {}
8 HasPtr& operator=(const HasPtr&);
9 ~HasPtr(){
10 delete ps;
11 }
12
13 ostream& print(ostream &os){
14 os << i << " " << *ps << " " << ps;
15 return os;
16 }
17
18 private:
19 std::string *ps;
20 int i;
21 };
22
23 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){
24 auto newp = new string(*rhs.ps);//为了避免两个对象中ps指针相同时出错先将rhs.ps中的内容存放到一个新开辟的空间newp中
25 delete ps;//释放旧内存
26 ps = newp;
27 i = rhs.i;
28 return *this;
29 }
30
31 int main(void){
32 HasPtr s1("hello");
33 HasPtr s2("word");
34
35 s1.print(cout) << endl;
36 s2.print(cout) << endl;
37
38 swap(s1, s2);
39 // HasPtr cmp = s1;
40 // s1 = s2;
41 // s2 = cmp;
42
43 s1.print(cout) << endl;
44 s2.print(cout) << endl;
45
46 // 输出：
47 // 0 hello 0x28411c8
48 // 0 word 0x2841238
49 // 0 word 0x28410d8
50 // 0 hello 0x28410e8
51
52 return 0;
53 }
显然，swap(s1, s2)；的实现流程是：
HasPtr cmp = s1;
s1 = s2;
s2 = cmp;
这个过程中分配了 3 次内存，效率及其低下。理论上这些内存分配都是不必要的。我们可以只交换指针而不需要分配 string 的新副本。
因此，除了定义拷贝控制成员，管理资源的类通常还需要定义一个名为 swap 的函数。尤其对于那些与重排元素顺序的算法一起使用的类，定义 swap 是非常重要的。这类算法在需要交换两个元素时会调用 swap。
给值语义的 HasPtr 编写 swap 函数：
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 class HasPtr{
5 friend void swap(HasPtr&, HasPtr&);
6
7 public:
8 HasPtr(const std::string &s = std::string(), int a = 0) : ps(new std::string(s)), i(a) {}
9 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(new std::string(*p.ps)), i(p.i) {}
10 HasPtr& operator=(const HasPtr&);
11 ~HasPtr(){
12 delete ps;
13 }
14
15 ostream& print(ostream &os){
16 os << i << " " << *ps << " " << ps;
17 return os;
18 }
19
20 private:
21 std::string *ps;
22 int i;
23 };
24
25 HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr &rhs){
26 auto newp = new string(*rhs.ps);//为了避免两个对象中ps指针相同时出错先将rhs.ps中的内容存放到一个新开辟的空间newp中
27 delete ps;//释放旧内存
28 ps = newp;
29 i = rhs.i;
30 return *this;
31 }
32
33 inline
34 void swap(HasPtr &lhs, HasPtr &rhs){
35 swap(lhs.ps, rhs.ps);
36 swap(lhs.i, rhs.i);
37 }
38
39 int main(void){
40 HasPtr s1("hello");
41 HasPtr s2("word", 1);
42
43 s1.print(cout) << endl;
44 s2.print(cout) << endl;
45
46 swap(s1, s2);
47 // auto cmp = s1.ps;
48 // s1.ps = s2.ps;
49 // s2.ps = cmp;
50 // auto cnt = s1.i;
51 // s1.i = s2.i;
52 // s2.i = cnt;
53
54 s1.print(cout) << endl;
55 s2.print(cout) << endl;
56
57 // 输出：
58 // 0 hello 0x2bb1208
59 // 1 word 0x2bb1128
60 // 1 word 0x2bb1128
61 // 0 hello 0x2bb1208
62
63 return 0;
64 }
注意：如果存在类型特定的 swap 版本，其匹配程度会优于 std 中定义的版本。如果不存在类型特定的版本，则会使用 std 中的版本(假定作用域中有 using 声明)
类指针的 HasPtr 版本并不能从 swap 函数受益
在赋值运算符中使用 swap：
定义了 swap 的类中通常用 swap 来定义它们的赋值运算符。这些运算符使用了一种名为 拷贝并交换(copy and swap) 的技术。这种技术将左侧运算对象与右侧运算对象的一个副本进行交换：
1 #include <iostream>
2 using namespace std;
3
4 class HasPtr{
5 friend void swap(HasPtr&, HasPtr&);
6
7 public:
8 HasPtr(const std::string &s = std::string(), int a = 0) : ps(new std::string(s)), i(a) {}
9 HasPtr(const HasPtr &p) : ps(new std::string(*p.ps)), i(p.i) {}
10 HasPtr& operator=(HasPtr);
11 ~HasPtr(){
12 delete ps;
13 }
14
15 ostream& print(ostream &os){
16 os << i << " " << *ps << " " << ps;
17 return os;
18 }
19
20 private:
21 std::string *ps;
22 int i;
23 };
24
25 HasPtr& HasPtr::operator=(HasPtr rhs){//注意这里不能是引用
26 swap(*this, rhs);//交换后rhs指向本对象曾经使用的内存
27 return *this;//作用域结束，rhs被销毁，从而delete了rhs种的指针
28 }
29
30 inline
31 void swap(HasPtr &lhs, HasPtr &rhs){
32 swap(lhs.ps, rhs.ps);
33 swap(lhs.i, rhs.i);
34 }
35
36 int main(void){
37 HasPtr s1("hello");
38 HasPtr s2("word", 1);
39
40 s1.print(cout) << endl;
41 s2.print(cout) << endl;
42
43 swap(s1, s2);
44
45 s1.print(cout) << endl;
46 s2.print(cout) << endl;
47
48 // 输出：
49 // 0 hello 0x2ef1128
50 // 1 word 0x2ef1088
51 // 1 word 0x2ef1088
52 // 0 hello 0x2ef1128
53
54 return 0;
55 }
注意：这个版本赋值运算符中，参数并不能是引用
使用拷贝和交换的赋值运算符自动就是异常安全的，且能正确处理自赋值
原文地址：https://www.cnblogs.com/geloutingyu/p/8418835.html
时间： 2024-10-18 10:25:45