【C++】-- String深浅拷贝详解_c++ string 拷贝

目录

一、浅拷贝和深拷贝定义

1.浅拷贝原理

2.深拷贝原理

二、浅拷贝和深拷贝实现

1.浅拷贝实现 

 2.深拷贝实现

（1）为什么引用类型成员使用浅拷贝不能实现拷贝构造 

（2）如何实现深拷贝 

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一、浅拷贝和深拷贝定义

拷贝对象时，需要创建相同的字节序、类型、和资源。

1.浅拷贝原理

创建一个新对象， 来接收要重新复制或引用的对象值，要求该对象的所有成员变量全部都不在堆上分配空间。假如果对象的成员变量全部都是内置类型，复制的就是地址；如果对象的成员变量有引用数据类型，复制的就是内存中的地址。对其中一个对象的修改都会影响到另一个对象。

2.深拷贝原理

深拷贝将一个对象完整地从内存中拷贝出来给新对象，从堆中开辟新空间存放新对象。对新对象的修改不会改变原对象，实现两个对象的分离。

二、浅拷贝和深拷贝实现

1.浅拷贝实现 

当一个类对象的所有成员变量全部都是内置类型时，可以使用浅拷贝完成拷贝构造：

（1）显式定义拷贝构造函数完成浅拷贝；

（2）如果不显式定义拷贝构造函数，编译器会自动生成默认拷贝构造函数来完成浅拷贝。

如日期类的所有成员变量全部都是内置类型：

#include<iostream>
using namespace std;
 
class Date
{
public:
	//构造函数
	Date(int year = 2022, int month = 4, int day = 8)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
 
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
 
	//析构函数：清理资源
	~Date()
	{
		cout << "~Date()" << endl;//在析构函数内打印
	}
 
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
 
int main()
{
	Date d1(2022, 9, 6);//调用构造函数
	Date d4(d1);
 
    d1.Print();
	d4.Print();
 
	return 0;
}

在没有显式定义拷贝构造函数的情况下， d4构造成功了：

 2.深拷贝实现

（1）为什么引用类型成员使用浅拷贝不能实现拷贝构造 

对于引用类型的成员变量，如果在堆上开辟空间，不显式定义拷贝构造函数的话，会引发两个问题：

①调用析构函数时，这块空间被free了两次

②对其中一个对象进行修改，都会导致另外一个对象被修改

对于stack类，它的成员变量_a是在堆上开辟空间的，如果不显式定义拷贝构造函数，那么会引发程序崩溃：

#include <stdlib.h>
#include <iostream>
using namespace std;
 
typedef int STDataType;
 
class Stack
{
public:
	//构造函数
	Stack(int capacity = 4)
	{
		_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
		_size = 0;
		_capacity = capacity;
	}
 
	//析构函数：清理资源
	~Stack()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}
 
private:
	STDataType* _a;
	int _size;
	int _capacity;
 
};
 
int main()
{
	Stack st1; 
	Stack st2(st1);
 
	return 0;
}

 这是因为调构造s1对象时，_a指向了堆上开辟的空间，由于没有显式定义拷贝构造函数，因此对象st2的成员变量_a拷贝的是st1的成员变量_a指针，即把st1的_a指针的值，拷贝给了st2的_a，那么两个指针的值是一样的，st1的_a和st2的_a指向同一块空间：

造成程序崩溃的原因：调用析构函数，这块空间被free了两次：后定义的先析构，st2先析构，free(_a)就把这块空间释放了，这块空间就被归还给了操作系统，再把_a置空了。再析构st1时，free(_a)还要释放这块空间，同一块空间被释放了两次。

另外，由于共用同一块空间，st1和st2无论谁被修改，都会导致对方也被修改。

（2）如何实现深拷贝 

①stack类使用深拷贝来拷贝构造对象：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1
#include <stdlib.h>
#include <iostream>
using namespace std;
 
typedef int STDataType;
 
class Stack
{
public:
	//构造函数
	Stack(int capacity = 4)
	{
		_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * 4);
		_size = 0;
		_capacity = capacity;
	}
 
	//拷贝构造函数
	Stack(const Stack& s)
		:_a(new STDataType[s._capacity])
		, _size(s._size)
		, _capacity(s._capacity)
	{
	}
 
	//析构函数：清理资源
	~Stack()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}
 
private:
	STDataType* _a;
	int _size;
	int _capacity;
 
};
 
int main()
{
	Stack st1;
	Stack st2(st1);
 
	return 0;
}

st1和st2地址不一样，实现了深拷贝： 

②string类使用深拷贝来拷贝构造对象：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1
#include<iostream>
using namespace std;
 
namespace delia
{
	class string
	{
	public:
        //构造函数
		string(const char* str = "")
		{
			_str = new char[strlen(str) + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
        
        //传统的拷贝构造函数
		string(const string& s)
			:_str(new char[strlen(s._str) + 1])
		{
			strcpy(_str, s._str);
		}
 
		char& operator[](size_t i)
		{
			return _str[i];
		}
 
		size_t size()
		{
			return strlen(_str);
		}
 
        const char* c_str()
        {
            return _str;
        }
 
        //析构函数
        ~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	private:
		char* _str;
	};
}
 
int main()
{
	delia::string s1("hello world");
	delia::string s2(s1);
	
	return 0;
}

F10-监视，可以看到s1._str和_s2._str的地址不同，各自拥有各自的空间，实现了深拷贝：

上面实现的是传统的拷贝构造，还有一种现代拷贝构造：

        //现代的拷贝构造
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(_str, tmp._str);
		}

监视发现，s1._str和s2._str地址不同，内容相同，实现了深拷贝：

现代拷贝构造做的事：

（1）将成员初始化成空指针

（2）用原对象成员构造临时对象

（3）交换临时对象和原对象成员

（4）出了拷贝构造函数会自动调用析构函数释放临时对象空间

 _str必须在初始化列表赋值成空指针的原因：构造tmp对象时使用s._str初始化，执行swap(_str, tmp._str);来交换this._str和tmp._str的内容，交换完毕后，tmp对象的成员内容为空指针，tmp出了拷贝构造函数作用域就会调用析构函数，会把tmp在堆上申请的空间释放掉，如果_str没有被赋值成空指针，那么_str就是随机值，交换后tmp对象的成员内容也为随机值，而随机值的空间是不能被释放的，会导致不可预知的错误，但是空指针是可以释放的，因此_str必须在初始化列表赋值成空指针。

还有现代版的赋值运算符重载：

        //赋值运算符重载
		string& operator=(string s)
		{
			swap(_str, s._str);
			return *this;
		}

int main()
{
	gxx::string s3("hello world");
	gxx::string s4;
	s4 = s3;
 
	return 0;
}

赋值运算符重载，把s3的成员值给了s ，那么s和s3有同样大小的空间和值，s4想要赋值成s，把s和s4进行交换，s的内容交换给了this，s的内容现在是s4原来的内容，s4原来的内容不要了，释放s即可，s的空间释放时，s作为局部对象，出了赋值运算符重载函数作用域就会调用析构函数释放s的空间，把原来s4的内容清理掉了：