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C++初阶——类和对象（四）拷贝构造函数、赋值运算符重载函数

article 2025/3/18 9:04:46

C++初阶——类和对象（四）

上期内容中，我们详细讲解了类的六个默认成员函数中的构造函数和析构函数，有了构造函数，我们在创建类对象的时候就可以将其初始化成需要的信息；有了析构函数，我们可以在对象生命周期结束时自动销毁开辟的内存空间，有效的避免了内存泄漏。从这几期的内容中，我们逐渐感受到C++在C语言的基础上，做出了很多的优化。本期内容，将为大家介绍拷贝构造函数以及赋值运算符重载函数！

一、拷贝构造函数

1.背景引入

我们还是先以日期类为例：
示例1
这样的一个日期类中，我们重载了两个构造函数，一个无参，一个带有参数，在创建类对象时，用法也有所不同：对于带有参数的构造函数，创建类对象时将需要的信息填在后面的括号里；对于无参的构造，创建的对象后面不能加括号，因为会被误以为是函数的声明。
那在创建对象时，可否创建一个与已存在对象一某一样的新对象呢？
在这里我们已经知道了d2的具体信息，因此可以通过Date d3(2025, 3, 15);创建一个和d2一样的对象d3，但是这种显然是不方便的，那么，我们就需要了解一下拷贝构造函数了！

2.什么是拷贝构造函数？

我们来看这样一段代码：
示例2
在这里，我们先用Date类实例化出一个对象d1，在对d2实例化时，就有所不同了，从字面意思上也很容易理解，就是按照d1的内容再初始化一个对象d2。不过，这里的构造和前面的有一定的区别，因为前面的毕竟是直接传了具体的数值，可以直接调用构造函数初始化；而这里的参数是一个类对象，肯定不能传参给我们之前写的那些构造函数，那么到底应该调用哪个函数呢？——拷贝构造函数应运而生。通过拷贝构造，我们把类对象里的值拷贝一份，再赋给这个新对象d2，完成它的初始化。拷贝构造函数的调用，发生在传递的参数是一个类对象时，因为它是一个类对象，就一定要先把成员的值拷贝出来，这种调用是一定会发生的。至于拷贝构造函数是什么样的，这里没有显式地实现，因为这里都是内置类型，是简单的值拷贝编译器已经帮我们生成了默认的拷贝构造函数，但是，我们可以自己写一个拷贝构造，来进一步了解一下。

3.拷贝构造函数的特性

拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。
拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。

首先，和构造函数类似，拷贝构造函数的函数名与类名相同，在传参为类对象时会自动调用，形参为类对象的引用。函数体的定义中，也是简单明了的，this指针指向的是需要被初始化的对象，d是已经存在的对象的别名，需要注意的是，一定要清楚是把谁赋值给谁，这里是很容易出错的，我们看一下调试：

按F11，转入调用的函数中：

我们再来探讨一下为什么需要传引用，无穷递归是怎么产生的呢？
如图所示：

只要是传递类对象，就会调用它的拷贝构造函数，这是语法规定。由于形参是实参的一份临时拷贝，那么对于Date d2(d1);传给函数Date(Date d)，首先需要拷贝实参d1，既然要拷贝，就要调用拷贝构造函数，而拷贝构造函数的传参又需要将实参拷贝给形参，既然要拷贝，又要调用拷贝构造……也就是说拷贝构造函数自己在调用自己，引发无穷递归。因此，形参不能是传值类型，而应该是传引用，Date(const Date& d)意思就是d是实参d1的一个别名，这样就可以避免传值需要拷贝的问题。

4.默认拷贝构造函数

若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。比如：
示例8
这里就没有写拷贝构造函数，编译器默认生成了一个，由于这里的成员变量都是内置类型，默认的拷贝构造函数是足够使用的，但是对于 自定义类型，默认生成的就不一定够用了，需要自己实现，我们来看下面一段代码：

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 10)
	{
		_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));
		if (nullptr == _array)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		_size = 0;
		_capacity = capacity;
	}
	void Push(const DataType& data)
	{
		// CheckCapacity();
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}
	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = nullptr;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};
int main()
{
	Stack s1;
	s1.Push(1);
	s1.Push(2);
	s1.Push(3);
	s1.Push(4);
	Stack s2(s1);

	return 0;
}

运行时，程序崩溃了。因为这里我们没有自己写拷贝构造函数，默认生成的只能完成简单的值拷贝（浅拷贝），而Stack类中有一个成员变量是指针类型，指向的是动态开辟的内存空间，浅拷贝使得对象s2的成员——指针变量也指向同一块空间，然而程序退出时，由于析构函数的存在，s1、s2动态开辟的内存空间要销毁，因此同一块空间被销毁了两次，程序崩溃，如图所示：
示例9
所以，类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。

5.拷贝构造函数典型调用场景

使用已存在对象创建新对象
函数参数类型为类类型对象
函数返回值类型为类类型对象

为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用尽量使用引用。

二、赋值运算符重载

接下来，就到了另一个非常重要的板块——运算符重载！本期内容，我们先为大家介绍赋值运算符重载。

1.背景引入

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。

函数名：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。
函数原型：返回值类型 operator 操作符 (参数列表)

2.赋值运算符重载

赋值运算符重载格式：

参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率
返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值
检测是否自己给自己赋值（易错）
返回*this：要复合连续赋值的含义

我们以日期类为例，先来简单的实现一下：
示例11
示例12

先创建一个日期类对象d1，并且初始化想要的数据，然后再创建一个对象d2，我们没有给出具体的数值，那么它将调用默认构造函数，也就是不需要传参的构造函数，在这里，我们自己实现了一个无参的构造函数，因此会出现Date()打印到屏幕上，然后，我们将d1的值赋给d2。那么我们不难发现，赋值运算符重载和构造函数是有区别的，构造函数是在创建的时候初始化，对象是新创建的，而赋值是在两个已经存在的对象之间，这就是区别所在。

当然，上面的赋值运算符重载函数实现得比较粗糙，我们稍加改进，如图所示：
示例13

引用返回是为了减少拷贝次数，这里还加了一个检查是否是自己给自己赋值，如果是自己给自己赋值，直接返回this解引用即可。

和前面的几个默认成员函数一样，用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。
if语句块里面的this指针是可以省略的，这里是为了方便大家理解是把谁赋给谁。

3.注意事项

赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数，赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。
如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以；一旦涉及到资源管理则必须要实现。