Week10 Copy and Move

拷贝(Copying)与拷贝构造函数(Copy Constructor)

拷贝

拷贝指的是从现有对象创建新对象的副本，比如常见的值传递、初始化等等都是这么进行的，可以看下面这个例子：

void func(Currency p){
    cout << "X=" << p.dollars(); /* 这里函数func接受一个Currency类型的参数p，以值传递的方式传递；
    而值传递就意味着参数p是调用者传入对象的一个副本，并非原始对象*/
}

由于是值传递，在调用func的时候，C++会为p创建一个新对象，通过Currency类的拷贝构造函数（如果没有定义的话，就会使用编译器生成的默认拷贝构造函数）从传入的对象拷贝数据，拷贝构造函数的典型签名是Currency::Currency(const Currency&)，这里的const Currency &是常量引用，避免不必要的拷贝且允许临时对象

Currency bucks(100,0);
func(bucks);

创建了一个Currency对象bucks，func(bucks)调用func，将bucks作为参数传递，由于func使用值传递，C++会调用Currency的拷贝构造函数，基于bucks创建一个新对象p，p是bucks的副本，包含相同的数据，但是位于不同的内存地址。

拷贝构造函数

拷贝构造函数的典型签名是T::T(const T&)，用于实现拷贝。需要注意的是，拷贝构造函数的第一个参数必须是同类对象的引用，并且无返回类型，像以下几个都是不对的：

MyClass&(MyClass x);
MyClass(Myclass x);
MyClass(Myclass *x);

第一个有返回类型，故错误；第二个参数按值传递，调用自身会导致无限递归，也错误；第三个参数是指针，而拷贝构造函数要求引用类型。

如果我们没有显式定义拷贝构造函数的话，编译器会自动生成逐成员的拷贝构造函数（我们称之为默认拷贝构造函数），但是这样的拷贝构造函数是存在一定风险的，如果类包含指针，那么就可能导致浅拷贝（指针共享内存），这会导致比较严重的内存问题。比如我们看下面这个例子：

class Person{
public:
    Person(const char *s);
    Person();
    void print();
private:
    char *name
}

对于这个例子来说，如果Person类没有定义拷贝构造函数的话，那么编译器生成的默认拷贝构造函数就会直接拷贝name指针的值，结果是两个name对象（原对象和副本）的name指针指向同一块内存（浅拷贝），那么就会导致当其中一个对象被销毁的时候，其析构函数已经释放了name指向的内存，此时另一个对象的name指针就会变成悬空指针（指向已释放的内存），后续访问或释放会导致未定义行为。

这里有必要先简单介绍一下拷贝的两种类型——浅拷贝和深拷贝，浅拷贝是在拷贝指针；而深拷贝是拷贝整个数据块。具体来说，浅拷贝仅仅拷贝了指针的值，新对象和原对象的指针指向的是同一块内存，这样会导致内存共享，析构时可能双重释放或产生悬空指针；深拷贝则是为新对象分配新内存，并复制指针指向的数据。

拷贝构造函数何时被调用

1. 对象初始化：即使用现有对象初始化新对象的时候，如下面的例子：

Person baby_a("Tom");
Person baby_b = baby_a;
Person baby_c(baby_a);

无论是用=还是括号进行初始化，都会调用拷贝构造函数

1. 值传递：函数参数按值传递的时候会调用拷贝构造函数，比如下面的例子：

void roster(Person child){...}
Person baby_a("Tom");
roster(baby_a); // 拷贝构造函数调用

1. 函数返回对象：函数返回对象（非引用）的时候，可能触发拷贝构造函数（尽管编译器可能做一些优化，如RVO），比如下面这个例子：

Person copy_func(){
    Person local("Tom");
    return local;
}

构造(Construction)和赋值(Assignment)

• 每个对象只会被构造一次（通过构造函数或者拷贝构造函数等）
• 每个对象只会被销毁一次（通过析构函数），如果没有正确调用delete，则可能导致内存泄漏；如果多次调用delete，则可能导致未定义行为
• 一旦对象构造完成之后，就可以被多次赋值（通过赋值运算符=），这与构造是不同的过程

Tip

最后我们总结一下拷贝构造函数的几个小tips：

• 如果类中没有指针成员，我们通常不需要显式地去定义拷贝构造函数，这是因为默认拷贝构造函数（逐成员的）就已经足够了
• 通常情况下我们最好显式地定义拷贝构造函数，以确保行为是符合预期的
• 不要依赖编译器生成的默认拷贝构造函数，最好自己编写拷贝构造函数，尤其是当类涉及到动态分配的资源（比如指针）的时候，以避免浅拷贝导致的问题
• 如果类不需要拷贝构造函数，我们可以在类中声明一个私有的拷贝构造函数（不提供定义），这会阻止编译器生成默认拷贝构造函数，并且如果我们尝试按值传递对象的话，编译器会报错

函数参数和返回值

参数的传入方式有三种：

• void f(Student i)，即按值传递，会调用拷贝构造函数创建新对象i，开销比较大
• void f(Student *p)，即传递指针，允许操作指向的对象或动态分配的对象，但是需要手动管理内存
• void f(Student &p)，即按引用传递，直接操作传入的对象，避免拷贝带来的开销（如果不修改的话可以用Const Student& p，这样既可以防止函数修改传入的对象，同时也能避免拷贝）

返回值的方式也有对应的三种：

• Student f()，返回一个新对象，会调用拷贝构造函数。适合返回独立的对象，但是可能有拷贝开销。
• Student* f()，返回指向Student的指针，但是我们需要负责释放内存，很容易导致内存泄漏或者悬空指针。
• Student &f()，返回引用，通常引用函数内部的局部对象或传入的对象。返回局部对象的引用会导致未定义行为。

移动构造函数

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