类的赋值运算符=的重载以及深拷贝和浅拷贝

时间:2022-02-10 22:37:15

转自:http://www.cnblogs.com/alexusli/archive/2008/08/27/1277683.html

关键词:构造函数,浅拷贝,深拷贝,堆栈(stack),堆heap,赋值运算符

摘要:
    在面向对象程序设计中,对象间的相互拷贝和赋值是经常进行的操作。
     如果对象在申明的同时马上进行的初始化操作,则称之为拷贝运算例如:
        class1 A("af"); class1 B=A;
     此时其实际调用的是B(A)这样的浅拷贝操作。
     如果对象在声明之后,在进行的赋值运算,我们称之为赋值运算 。例如:
        class1 A("af"); class1 B;
        B=A;

        此时实际调用的类的缺省赋值函数B.operator=(A);

!!!

 MyClass obj1(1);

MyClass
obj2 = obj1;
obj2还不存在,所以调用拷贝构造 如果obj2存在,即:

MyClass obj1(1);

MyClass obj2;

obj2
= obj1,则调用赋值运算符重载函数。

        不管是浅拷贝还是赋值运算,其都有缺省的定义。也就是说,即使我们不overload这两种operation,仍然可以运行。
那么,我们到底需不需要overload这两种operation 呢?

        答案就是:一般,我们我们需要手动编写析构函数的类,都需要overload 拷贝函数和赋值运算符。


下面介绍类的赋值运算符
1.C++中对象的内存分配方式
        在C++中,对象的实例在编译的时候,就需要为其分配内存大小,因此,系统都是在stack上为其分配内存的。这一点和C#完全不同!千 万记住:在C#中,所有类都是reference type,要创建类的实体,必须通过new在heap上为其分配空间,同时返回在stack上指向其地址的reference.
        因此,在C++中,只要申明该实例,在程序编译后,就要为其分配相应的内存空间,至于实体内的各个域的值,就由其构造函数决定了。
    例如:

class A
{
public:
A()
{
}
A(int id,char *t_name)
{
_id=id;
name=new char[strlen(t_name)+1];
strcpy(name,t_name);
}
private:
char *username;
int _id;
}

int main()
{
A a(1,"herengang");
A b;
}

在程序编译之后,a和b在stack上都被分配相应的内存大小。只不过对象a的域都被初始化,而b则都为随机值。
其内存分配如下:

类的赋值运算符=的重载以及深拷贝和浅拷贝

2. 缺省情况下的赋值运算符
    如果我们执行以下:
    b=a;
        则其执行的是缺省定义的缺省的赋值运算。所谓缺省的赋值运算,是指对象中的所有位于stack中的域,进行相应的复制。但是,如果对象有位于heap上的域的话,其不会为拷贝对象分配heap上的空间,而只是指向相同的heap上的同一个地址。
        执行b=a这样的缺省的赋值运算后,其内存分配如下:

类的赋值运算符=的重载以及深拷贝和浅拷贝

 因此,对于缺省的赋值运算,如果对象域内没有heap上的空间,其不会产生任何问题。但是,如果对象域内需要申请heap上的空间,那么在析构对象的时候,就会连续两次释放heap上的同一块内存区域,从而导致异常。

 ~A()
{
delete name;
}

3.解决办法--重载(overload)赋值运算符
        因此,对于对象的域在heap上分配内存的情况,我们必须重载赋值运算符。当对象间进行拷贝的时候,我们必须让不同对象的成员域指向其不同的heap地址--如果成员域属于heap的话。    
因此,重载赋值运算符后的代码如下:

class A
{
public:

A()
{
}
A(int id,char *t_name)
{
_id=id;
name=new char[strlen(t_name)+1];
strcpy(name,t_name);
}

A& operator =(A& a)//注意:此处一定要返回对象的引用,否则返回后其值立即消失!
{
if(name!=NULL)
delete name;
this->_id=a._id;
int len=strlen(a.name);
name=new char[len+1];
strcpy(name,a.name);
return *this;
}

~A()
{
cout<<"~destructor"<<endl;
delete name;
}

int _id;
char *name;
};

int main()
{
A a(1,"herengang");
A b;
b=a;
}

其内存分配如下:

类的赋值运算符=的重载以及深拷贝和浅拷贝

这样,在对象a,b退出相应的作用域,其调用相应的析构函数,然后释放分别属于不同heap空间的内存,程序正常结束。

references:
类的深拷贝函数的重载

public class A
{
public:
...
A(A &a);//重载拷贝函数
A& operator=(A &b);//重载赋值函数
//或者 我们也可以这样重载赋值运算符 void operator=(A &a);即不返回任何值。如果这样的话,他将不支持客户代买中的链式赋值 ,例如//a=b=c will be prohibited!
private:
int _id;
char *username;
}

A::A(A &a)
{
_id=a._id;
username=new char[strlen(a.username)+1];
if(username!=NULL)
strcpy(username,a.usernam);
}

A& A::operaton=(A &a)
{
if(this==&a)// 问:什么需要判断这个条件?(不是必须,只是优化而已)。答案:提示:考虑a=a这样的操作。
return *this;
if(username!=NULL)
delete username;
_id=a._id;
username=new char[strlen(a.username)+1];
if(username!=NULL)
strcpy(username,a.usernam);
return *this;
}
//另外一种写法:
void A::operation=(A &a)
{
if(username!=NULL)
delete username;
_id=a._id;
username=new char[strlen(a.username)+1];
if(username!=NULL)
strcpy(username,a.usernam);
}
其实,从上可以看出,赋值运算符和拷贝函数很相似。只不过赋值函数最好有返回值(进行链式赋值),返回也最好是对象的引用(为什么不是对象本身呢?note2有讲解), 而拷贝函数不需要返回任何 同时,赋值函数首先要释放掉对象自身的堆空间(如果需要的话),然后进行其他的operation.而拷贝函数不需要如此,因为对象此时还没有分配堆空间。


note1:
    不要按值向函数传递对象。如果对象有内部指针指向动态分配的堆内存,丝毫不要考虑把对象按值传递给函数,要按引用传递。并记住:若函数不能改变参数对象的状态和目标对象的状态,则要使用const修饰符 

note2:

问题:
    对于类的成员需要动态申请堆空间的类的对象,大家都知道,我们都最好要overload其赋值函数和拷贝函数。拷贝构造函数是没有任何返回类型 的,这点毋庸置疑。 而赋值函数可以返回多种类型,例如以上讲的void,类本身class1,以及类的引用 class &? 问,这几种赋值函数的返回各有什么异同?
    答:1 如果赋值函数返回的是void ,我们知道,其唯一一点需要注意的是,其不支持链式赋值运算,即a=b=c这样是不允许的!
          2 对于返回的是类对象本身,还是类对象的引用,其有着本质的区别!
              第一:如果其返回的是类对象本身

A operator =(A& a)
{
if(name!=NULL)
delete name;
this->_id=a._id;
int len=strlen(a.name);
name=new char[len+1];
strcpy(name,a.name);
return *this;
}

其过程是这样的:
                       class1 A("herengnag");
                        class1 B;   
                        B=A;
                    看似简单的赋值操作,其所有的过程如下:
                       1 释放对象原来的堆资源
                       2 重新申请堆空间
                       3 拷贝源的值到对象的堆空间的值
                       4 创建临时对象(调用临时对象拷贝构造函数),将临时对象返回
                       5. 临时对象结束,调用临时对象析构函数,释放临时对象堆内存
my god,还真复杂!!
            但是,在这些步骤里面,如果第4步,我们没有overload 拷贝函数,也就是没有进行深拷贝。那么在进行第5步释放临时对象的heap 空间时,将释放掉的是和目标对象同一块的heap空间。这样当目标对象B作用域结束调用析构函数时,就会产生错误!!
            因此,如果赋值运算符返回的是类对象本身,那么一定要overload 类的拷贝函数(进行深拷贝)!
            第二:如果赋值运算符返回的是对象的引用

A& operator =(A& a)
{
if(name!=NULL)
delete name;
this->_id=a._id;
int len=strlen(a.name);
name=new char[len+1];
strcpy(name,a.name);
return *this;
}

那么其过程如下:
                   1 释放掉原来对象所占有的堆空间
                   1.申请一块新的堆内存
                   2 将源对象的堆内存的值copy给新的堆内存
                   3 返回源对象的引用
                    4 结束。
因此,如果赋值运算符返回的是对象引用,那么其不会调用类的拷贝构造函数,这是问题的关键所在!!