Зачем нужен конструктор копирования c

Обновлено: 22.04.2024

Начиная с C++11, в языке поддерживаются два типа присваивания: назначение копирования и перемещение. В этой статье "присваивание" означает "присваивание копированием", если явно не указано другое. Сведения о назначении перемещения см. в разделе "Конструкторы перемещения" и "Операторы присваивания перемещения" (C++).

Как при операции назначения, так и при операции инициализации выполняется копирование объектов.

Назначение: когда одному объекту присваивается значение другого объекта, первый объект копируется во второй объект. Таким образом, этот код копирует значение b в a :

Инициализация: инициализация происходит при объявлении нового объекта, при передаче аргументов функции по значению или при возвращении значения из функции.

Можно определить семантику копии объектов типа класса. Рассмотрим для примера такой код:

Приведенный выше код может означать копирование содержимого ФАЙЛА 1. DAT в FILE2. DAT или это может означать "игнорировать FILE2". DAT и сделайте b второй дескриптор в FILE1.DAT". Необходимо присоединить соответствующую семантику копирования к каждому классу следующим образом:

Используйте оператор operator= присваивания, который возвращает ссылку на тип класса и принимает один параметр, передаваемый по const ссылке, например ClassName& operator=(const ClassName& x); .

Используйте конструктор копирования.

Если вы не объявляете конструктор копирования, компилятор создает конструктор копирования с типом члена. Аналогичным образом, если оператор присваивания копирования не объявлен, компилятор создает для вас оператор назначения копирования с помощью члена. Объявление конструктора копирования не подавляет оператор присваивания копирования, созданного компилятором, и наоборот. Если вы реализуете один из них, рекомендуется также реализовать другой. При реализации обоих значений кода ясно.

Конструктор копирования принимает аргумент типа ClassName& , где ClassName — имя класса. Пример:

По возможности сделайте тип аргумента const ClassName& конструктора копирования. Это предотвращает случайное изменение скопированного объекта конструктором копирования. Он также позволяет копировать из const объектов.

Конструкторы копии, создаваемые компилятором

Конструкторы копирования, созданные компилятором, такие как пользовательские конструкторы копирования, имеют один аргумент типа "ссылка на имя класса". Исключением является то, что все базовые классы и классы-члены имеют конструкторы копирования, объявленные как принимающие один аргумент const типа class-name&. В таком случае аргумент конструктора копирования, созданного компилятором, также const является .

Если тип аргумента конструктору копирования не const является, инициализация путем копирования const объекта приводит к ошибке. Обратный аргумент не имеет значения true: если аргумент имеет значение const , можно инициализировать, скопировав объект, который не const является.

Операторы присваивания, созданные компилятором, соответствуют одному и тому же шаблону. const Они принимают один аргумент типа ClassName& , если только операторы присваивания во всех базовых классах и классах-членах не принимают аргументы типа const ClassName& . В этом случае созданный оператор присваивания для класса принимает const аргумент.

Если виртуальные базовые классы инициализированы конструкторами копирования( созданными компилятором или определяемыми пользователем), они инициализируются только один раз: в момент создания.

Последствия аналогичны конструктору копирования. Если тип аргумента не const является, назначение из const объекта приводит к ошибке. Обратный аргумент не имеет значения: если const значение присвоено значению, которое не const так, назначение завершается успешно.

Дополнительные сведения о перегруженных операторах присваивания см. в разделе "Назначение".

Когда новички изучают программирование, первым делом, при рассмотрении новой темы, возникает вопрос – для чего необходима та или иная “вещь” о которой сейчас предстоит узнать. Ответим сразу на этот вопрос: “Зачем нужен конструктор копирования?”.

Конструктор копирования необходим для того, чтобы мы могли создавать “реальные” (а не побитовые) копии для объектов класса. Такая копия объекта может понадобиться в следующих случаях:

при передаче объекта класса в функцию, как параметра по значению (а не по ссылке);
при возвращении из функции объекта класса, как результата её работы;
при инициализации одного объекта класса другим объектом этого класса.

При передаче объекта в функцию как параметра по значению, эта функция начнет работать с его побитовой копией, а не с полями самого объекта. Допустим определены конструктор и деструктор класса. Первый память выделяет, а второй её освобождает. Во время работы функции, указатель побитовой копии объекта указывает на адрес памяти, где расположен оригинальный объект.

В то время, когда работа функции завершается – удаляется и побитовая копия объекта. При ее удалении обязательно сработает определённый деструктор и освободит ту память, что занята объектом-оригиналом. Программа продолжит работу, и при завершении работы, деструктор сработает повторно, пытаясь освободить все тот же отрезок памяти. Это вызовет ошибку программы.

Использование конструктора копирования – прекрасный способ обойти эти ошибки и проблемы. Он создаст “реальную” копию объекта, которая будет иметь личную область динамической памяти.

Конструктор копирования синтаксически выглядит так:

Ниже разберём несложный, но очень показательный пример. В нём будут рассмотрены все 3 случая в которых желательно применять конструктор копирования. Будет создан класс, содержащий конструктор без параметров, конструктор копирования и деструктор.

Нам отлично будет видно сколько раз сработают конструкторы а сколько раз деструктор. Очевидно, что деструктор (если бы он освобождал память) не должен срабатывать большее количество раз, чем конструктор, выделяющий память.

Конструктор без параметров будет вызываться во время создания новых объектов класса. Конструктор копирования – во время создания копий объекта. Деструктор срабатывает при удалении и реального объекта и его копии. В теле функций все описано подробно и не требует дополнительных комментариев.

Запустив программу увидим в консоли следующее:

Посмотрим что программа выдала в консоль. Блок 1 – во время создания нового объекта, сработал конструктор без параметров. В блоке 2 мы разместили функцию showFunc() . Во время передачи в неё “объекта-параметра” по значению, сработал конструктор копирования и создалась “реальная” копия объекта класса OneClass .

При выходе из этой функции сработал деструктор, так как копия объекта уничтожается. Кстати, то, что передача объекта как параметра по значению, вызывает конструктор копирования, служит отличным поводом для передачи объекта по ссылке. Это сэкономит и время и память.

В блоке 3 размещена функция returnObjectFunc() . Так как в её теле прописано создание нового объекта класса OneClass – сначала сработал конструктор без параметров. Далее выполняется код функции и во время возврата объекта в главную функцию main , сработал конструктор копирования. В конце, как и должно быть, деструктор отработал дважды: для объекта и для его реальной копии.

В четвертом блоке, во время объявления и инициализации нового объекта object2 , сработал конструктор копирования. При завершении работы программы деструктор сработал для копии объекта из четвертого блока и для объекта object1 из первого блока.

Если же мы закомментируем /*конструктор копирования*/ в классе и снова запустим программу – увидим, что конструктор без параметров сработает 2 раза, а деструктор – пять раз отработает.

В этой ситуации, если бы деструктор освобождал память — в программе возникла бы ошибка.

Очень рекомендую прочесть тему Конструктор копирования в книге Стивена Прата “Язык программирования С++. Лекции и упражнения. 6-е издание.” Она раскрыта намного глубже и включает все основные нюансы использования конструктора копирования. Подробно рассмотрена операция присваивания = .

Как при операции назначения, так и при операции инициализации выполняется копирование объектов.

Можно определить семантику копии объектов типа класса. Рассмотрим для примера такой код:

Используйте конструктор копирования.

Конструктор копирования принимает аргумент типа ClassName& , где ClassName — имя класса. Пример:

Конструкторы копии, создаваемые компилятором

Дополнительные сведения о перегруженных операторах присваивания см. в разделе "Назначение".

Чтобы настроить, как класс инициализирует его члены или вызывать функции при создании объекта класса, определите конструктор. Конструкторы имеют имена, совпадающие с именами классов, и не имеют возвращаемых значений. Вы можете определить столько перегруженных конструкторов, сколько необходимо для настройки инициализации различными способами. Как правило, конструкторы имеют открытые специальные возможности, чтобы код за пределами определения класса или иерархии наследования может создавать объекты класса. Но вы также можете объявить конструктор как protected или private .

Конструкторы могут при необходимости принимать список инициализаторов элементов. Это более эффективный способ инициализации членов класса, чем назначение значений в тексте конструктора. В следующем примере показан класс Box с тремя перегруженными конструкторами. Последние два используют списки инициализации элементов:

При объявлении экземпляра класса компилятор выбирает, какой конструктор будет вызываться на основе правил разрешения перегрузки:

Конструкторы могут быть объявлены как inline , , explicitfriend или constexpr .
Конструктор может инициализировать объект, объявленный как const , volatile или const volatile . Объект становится const после завершения конструктора.
Чтобы определить конструктор в файле реализации, присвойте ему полное имя, как и любая другая функция-член: Box::Box() .

Списки инициализаторов элементов

При необходимости конструктор может иметь список инициализаторов элементов, который инициализирует члены класса перед запуском тела конструктора. (Список инициализаторов элементов не совпадает со списком инициализаторов типа std::initializer_list .)

Предпочитать инициализаторы элементов перечисляют значения вместо назначения значений в тексте конструктора. Список инициализаторов элементов напрямую инициализирует элементы. В следующем примере показан список инициализаторов элементов, состоящий из всех identifier(argument) выражений после двоеточия:

Идентификатор должен ссылаться на член класса; он инициализирован со значением аргумента. Аргумент может быть одним из параметров конструктора, вызова функции или . std::initializer_list

const члены и члены ссылочного типа должны быть инициализированы в списке инициализаторов элементов.

Чтобы обеспечить полную инициализацию базовых классов перед запуском производного конструктора, вызовите все параметризованные конструкторы базового класса в списке инициализаторов.

Конструкторы по умолчанию

Конструкторы по умолчанию обычно не имеют параметров, но они могут иметь параметры со значениями по умолчанию.

Конструкторы по умолчанию являются одной из специальных функций-членов. Если конструкторы в классе не объявляются, компилятор предоставляет неявный inline конструктор по умолчанию.

Если используется неявный конструктор по умолчанию, обязательно инициализировать элементы в определении класса, как показано в предыдущем примере. Без этих инициализаторов члены будут неинициализированы, а вызов Volume() создаст значение мусора. Как правило, рекомендуется инициализировать элементы таким образом, даже если не используется неявный конструктор по умолчанию.

Вы можете запретить компилятору создавать неявный конструктор по умолчанию, определив его как удаленный:

Конструктор по умолчанию, созданный компилятором, будет определен как удаленный, если какие-либо члены класса не являются конструктором по умолчанию. Например, все члены типа класса и их члены класса должны иметь конструктор по умолчанию и деструкторы, которые доступны. Все члены данных ссылочного типа и все const члены должны иметь инициализатор элементов по умолчанию.

При вызове конструктора по умолчанию, созданного компилятором, и пытаетесь использовать круглые скобки, выдается предупреждение:

Это утверждение является примером проблемы "Большинство vexing Parse". Можно интерпретировать myclass md(); как объявление функции или как вызов конструктора по умолчанию. Поскольку средства синтаксического анализа C++ предпочитают объявления по сравнению с другими вещами, выражение рассматривается как объявление функции. Дополнительные сведения см. в разделе "Большинство синтаксического анализа".

Если объявлены какие-либо конструкторы, отличные от по умолчанию, компилятор не предоставляет конструктор по умолчанию:

Если у класса нет конструктора по умолчанию, массив объектов этого класса нельзя создать с помощью синтаксиса квадратной скобки. Например, учитывая предыдущий блок кода, массив Boxes нельзя объявить следующим образом:

Однако для инициализации массива объектов Box можно использовать набор списков инициализаторов:

Дополнительные сведения см. в разделе "Инициализаторы".

Конструкторы копии

Конструктор копирования инициализирует объект, копируя значения элементов из объекта того же типа. Если члены класса являются простыми типами, такими как скалярные значения, конструктор копирования, созданный компилятором, достаточно, и вам не нужно определять собственные. Если для класса требуется более сложная инициализация, необходимо реализовать пользовательский конструктор копирования. Например, если член класса является указателем, необходимо определить конструктор копирования для выделения новой памяти и копирования значений из объекта, на который указывает другой объект. Конструктор копирования, созданный компилятором, просто копирует указатель, чтобы новый указатель по-прежнему указывал на расположение памяти другого пользователя.

Конструктор копирования может иметь одну из следующих сигнатур:

При определении конструктора копирования необходимо также определить оператор присваивания копирования (=). Дополнительные сведения см. в разделе "Назначение " и " Копирование конструкторов" и операторов присваивания копирования.

Вы можете запретить копирование объекта, определив конструктор копирования как удаленный:

При попытке копирования объекта возникает ошибка C2280: попытка ссылаться на удаленную функцию.

Конструкторы перемещения

Конструктор перемещения — это специальная функция-член, которая перемещает владение данными существующего объекта в новую переменную без копирования исходных данных. Он принимает ссылку rvalue в качестве первого параметра, а все последующие параметры должны иметь значения по умолчанию. Конструкторы перемещения могут значительно повысить эффективность программы при передаче больших объектов.

Компилятор выбирает конструктор перемещения, когда объект инициализируется другим объектом того же типа, если другой объект будет уничтожен и больше не нуждается в его ресурсах. В следующем примере показано одно дело, когда конструктор перемещения выбирается с помощью разрешения перегрузки. В конструкторе, который вызывает get_Box() , возвращаемое значение является xvalue (значение eXpiring). Поэтому он не назначается какой-либо переменной и поэтому выходит за пределы области действия. Чтобы обеспечить мотивацию для этого примера, давайте предоставим Box большой вектор строк, представляющих его содержимое. Вместо копирования вектора и его строк конструктор перемещения "крадет" его из значения "box", чтобы вектор теперь принадлежит новому объекту. Вызов std::move необходим, так как оба vector класса string реализуют собственные конструкторы перемещения.

Если класс не определяет конструктор перемещения, компилятор создает неявный конструктор, если конструктор копирования не объявлен пользователем, оператор назначения копирования, оператор перемещения или деструктор. Если не определен явный или неявный конструктор перемещения, операции, в противном случае использующие конструктор перемещения, используют конструктор копирования. Если класс объявляет конструктор перемещения или оператор присваивания перемещения, неявно объявленный конструктор копирования определяется как удаленный.

Неявно объявленный конструктор перемещения определяется как удаленный, если какие-либо элементы, являющиеся типами классов, не имеют деструктора или если компилятор не может определить, какой конструктор следует использовать для операции перемещения.

Дополнительные сведения о написании конструктора нетривиального перемещения см. в разделе "Конструкторы перемещения" и "Операторы присваивания перемещения" (C++).

Явно заданные по умолчанию и удаленные конструкторы

Конструкторы копирования по умолчанию , конструкторы по умолчанию, конструкторы перемещения, операторы присваивания копирования, операторы присваивания перемещения и деструкторы. Вы можете явно удалить все специальные функции-члены.

Конструкторы constexpr

Конструктор может быть объявлен как constexpr , если

он либо объявлен как стандартный, либо удовлетворяет всем условиям для функций constexpr в целом;
класс не имеет виртуальных базовых классов;
каждый из параметров является литеральным типом;
тело не является блоком try-block функции;
инициализированы все нестатические члены данных и подобъекты базового класса;
Значение , если класс является (a) объединением, имеющим члены варианта, или (б) имеет анонимные объединения, инициализируется только один из членов профсоюза;
каждый нестатический член данных типа класса, а все подобъекты базового класса имеют конструктор constexpr.

Конструкторы списков инициализаторов

Затем создайте объекты Box следующим образом:

Явные конструкторы

Если у класса имеется конструктор с одним параметром, или у всех параметров, кроме одного, имеются значения по умолчанию, тип параметра можно неявно преобразовать в тип класса. Например, если у класса Box имеется конструктор, подобный следующему:

Можно инициализировать Box следующим образом:

Или передать целое значение функции, принимающей объект Box:

В некоторых случаях подобные преобразования могут быть полезны, однако чаще всего они могут привести к незаметным, но серьезным ошибкам в вашем коде. Как правило, необходимо использовать ключевое explicit слово в конструкторе (и определяемых пользователем операторах), чтобы предотвратить такое неявное преобразование типов:

Когда конструктор является явным, эта строка вызывает ошибку компилятора: ShippingOrder so(42, 10.8); . Дополнительные сведения см. в разделе о преобразованиях определяемых пользователем типов.

Порядок строительства

Конструктор выполняет свою работу в следующем порядке.

Вызывает конструкторы базовых классов и членов в порядке объявления.

Если класс является производным от виртуальных базовых классов, конструктор инициализирует указатели виртуальных базовых классов объекта.

Если класс имеет или наследует виртуальные функции, конструктор инициализирует указатели виртуальных функций объекта. Указатели виртуальных функций указывают на таблицу виртуальных функций класса, чтобы обеспечить правильную привязку вызовов виртуальных функций к коду.

Выполняет весь код в теле функции.

В следующем примере показан порядок, в котором конструкторы базовых классов и членов вызываются в конструкторе для производного класса. Сначала вызывается базовый конструктор. Затем члены базового класса инициализируются в том порядке, в котором они отображаются в объявлении класса. Наконец, вызывается производный конструктор.

Выходные данные будут выглядеть следующим образом.

Конструктор производного класса всегда вызывает конструктор базового класса, чтобы перед выполнением любых дополнительных операций иметь в своем распоряжении полностью созданные базовые классы. Конструкторы базового класса вызываются в порядке наследования, например, если ClassA является производным от , производным от ClassC ClassB которого является конструктор, ClassC сначала вызывается конструктор, а затем ClassB конструктор, а затем ClassA конструктор.

Если базовый класс не имеет конструктора по умолчанию, необходимо указать параметры конструктора базового класса в конструкторе производного класса:

Если конструктор создает исключение, то удаление выполняется в порядке, обратном созданию.

Отменяется код в теле функции конструктора.

Объекты базовых классов и объекты-члены удаляются в порядке, обратном объявлению.

Если конструктор не делегируется, все полностью созданные объекты базового класса и члены уничтожаются. Однако поскольку сам объект не полностью построен, деструктор не выполняется.

Производные конструкторы и расширенная инициализация агрегатов

Если конструктор базового класса не является открытым, но доступен для производного класса, нельзя использовать пустые фигурные скобки для инициализации объекта производного типа в /std:c++17 режиме, а затем в Visual Studio 2017 и более поздних версий.

В следующем примере показана соответствующая реакция на событие в C++14:

В C++17 Derived теперь считается агрегатным типом. Это означает, что инициализация Base через закрытый конструктор по умолчанию происходит непосредственно как часть расширенного правила агрегатной инициализации. Ранее частный Base конструктор был вызван через Derived конструктор, и он был успешно выполнен из-за friend объявления.

В следующем примере показано поведение C++17 в Visual Studio 2017 и более поздних версий в /std:c++17 режиме:

Конструкторы для классов с множественным наследованием

Если класс является производным от нескольких базовых классов, конструкторы базового класса вызываются в порядке, в котором они перечислены в объявлении производного класса:

Должны выводиться следующие выходные данные:

Делегирующие конструкторы

Делегирующий конструктор вызывает другой конструктор в том же классе для выполнения некоторых действий по инициализации. Эта функция полезна, если у вас есть несколько конструкторов, которые все должны выполнять аналогичную работу. Основную логику можно написать в одном конструкторе и вызвать из других. В следующем тривиальном примере Box(int) делегирует свою работу Box(int,int,int):

Объект, созданный конструкторами, полностью инициализируется сразу после выполнения любого конструктора. Дополнительные сведения см. в разделе "Делегирование конструкторов".

Наследование конструкторов (C++11)

Производный класс может наследовать конструкторы от прямого базового класса с помощью using объявления, как показано в следующем примере:

Visual Studio 2017 и более поздних версий: оператор using в /std:c++17 режиме и более поздних версиях преобразует все конструкторы из базового класса, за исключением тех, которые имеют идентичную сигнатуру конструкторам в производном классе. Как правило, рекомендуется использовать наследуемые конструкторы, когда производный класс не объявляет новые члены данных или конструкторы.

Шаблон класса может наследовать все конструкторы от аргумента типа, если этот тип определяет базовый класс:

Производный класс не может наследоваться от нескольких базовых классов, если эти базовые классы имеют конструкторы с одинаковой сигнатурой.

Конструкторы и составные классы

Классы, содержащие члены типа класса, называются составными классами. При создании члена типа класса составного класса конструктор вызывается перед собственным конструктором класса. Если у содержащегося класса нет конструктора по умолчанию, необходимо использовать список инициализации в конструкторе составного класса. В предыдущем примере StorageBox при присвоении типу переменной-члена m_label нового класса Label необходимо вызвать конструктор базового класса и инициализировать переменную m_label в конструкторе StorageBox :

Конструктор копирования, деструктор и перегруженный оператор присваивания - незаменимые элементы каждого класса, работающего с динамически выделенной памятью.

1. Конструктор копирования

Конструктор копирования, в отличии от других, в качестве параметра принимает константную ссылку на объект класса.

Данный конструктор вызывается всякий раз, когда создаётся новый объект и для его инициализации берётся значение существующего объекта того же типа. Например, в следующих случаях:

Также конструктор копирования вызывается при передаче объекта в функцию или возврате из неё по значению. Аналогично, с помощью конструктора копирования создаются временные объекты при вычислении арифметических и других операций.

В чём же проблема отсутствия конструктора копирования при выделении в классе динамической памяти? Дело в том, что при отсутствии явного описания, он описывается неявно. Неявный конструктор выполняет поверхностное копирование, т. е. просто дублирует биты из переменных. Таким образом, вместо данных из динамической памяти, копируется адреса на них. В результате, появляется несколько объектов, указывающих на одну область памяти. При изменении этой области через один объект, она также изменится и в другом, что в большинстве случаев является нежелательным поведением. Поэтому в классах, работающих с динамической памятью, необходимо всегда явно объявлять конструктор копирования (см. пример в конце). Как вариант исключения данной проблемы, можно поместить конструктор копирования в приватной области класса, что вовсе запретит выполнять копирование.

2. Перегруженная операция присваивания

Перегруженная операция присваивания используется при присваивании одного объекта другому существующему объекту. Здесь присутствует такая же проблема, что и в конструкторе копирования. К тому же, у объекта, которому присваивается значение, уже может быть выделена динамическая память. Перед присваиванием новых данных, выделенную ранее память необходимо очистить, чтобы не допустить её утечки (см. пример в конце). Также необходимо обработать случай самоприсваивания. В противном случае, данные в динамической памяти просто будут утеряны. Аналогично копированию, присваивание также можно запретить, поместив операцию в приватной области класса.

3. Деструктор

Деструктор вызывается перед удалением объекта и предназначен для освобождения всех используемых ресурсов. Чтобы не допустить утечки памяти, в деструкторе необходимо её очистить.

4. Пример

Стоить отметить, что во всех трёх функциях память должна выделяться и удаляться одинаковым образом. Т. е. нельзя в одном случае использовать delete, а в другом delete[].

Читайте также: