详谈C++何时需要定义赋值/复制构造函数

当我们在C++中定义一个类时，编译器会自动生成默认的赋值/复制构造函数。但是，有时我们需要自己来定义这些函数。本文将为你详细讲解何时需要定义自己的赋值/复制构造函数。

一、什么是复制构造函数和赋值操作符？

在开始之前，我们先来简单介绍一下复制构造函数和赋值操作符。

• 复制构造函数：在创建一个新的类对象时，可以使用另一个对象作为它的初始值。这种情况下，会自动调用复制构造函数来完成拷贝对象的工作。

• 赋值操作符：当已存在的类对象被赋予新的值时，会自动调用赋值操作符。

一般情况下，使用默认生成的构造函数和赋值操作符可以满足需求。但有些情况需要我们自己来重载定义这些函数，才能避免出现问题。

二、何时需要定义自己的赋值/复制构造函数？

以下是两种情况，需要我们定义赋值/复制构造函数：

1. 类中包含指针成员

如果类中包含了指针成员，C++ 默认的赋值/复制构造函数不能满足需求。这是因为默认的复制构造函数只是简单地复制了指针的地址，新的对象和旧的对象指向同一个内存位置，这就容易出现问题。此时，需要我们自己来重载定义赋值/复制构造函数，来保证每个对象拥有自己的独立内存空间。

以下是一个例子：

class Person {
public:
    Person(const char* name) {
        size_t len = strlen(name);
        m_name = new char[len + 1];
        strcpy(m_name, name);
    }
    ~Person() {
        delete[] m_name;
    }

private:
    char* m_name;
};

Person p1("John");
Person p2 = p1; // 调用复制构造函数

在上面的例子中，Person 类中包含了一个指针成员 m_name，当我们使用 p1 来初始化 p2 时，会自动调用复制构造函数。由于我们没有自己定义复制构造函数，所以会使用默认的复制构造函数，只是简单地复制了指针的地址。这样，p1 和 p2 就会指向同一个内存位置，因此当其中一个对象被析构时，可能会导致另一个对象的指针成员变得无效。

为了解决这个问题，我们需要自己定义复制构造函数，用于深度拷贝指针成员，如下所示：

class Person {
public:
    Person(const char* name) {
        size_t len = strlen(name);
        m_name = new char[len + 1];
        strcpy(m_name, name);
    }

    Person(const Person& p) {
        size_t len = strlen(p.m_name);
        m_name = new char[len + 1];
        strcpy(m_name, p.m_name);
    }

    ~Person() {
        delete[] m_name;
    }

private:
    char* m_name;
};

2. 禁用默认的赋值/复制构造函数

在某些情况下，禁用默认的赋值/复制构造函数是必要的。 这是因为默认的复制构造函数和赋值操作符只是简单地拷贝对象的值。但有些类中的值不能被简单地复制，比如一个文件句柄、网络连接等等。为了防止这种情况出现，需要重新定义赋值/复制构造函数。

以下是一个例子：

class FileHandle {
public:
    FileHandle(const std::string& path) {
        m_fd = open(path.c_str(), O_RDONLY);
        if (m_fd == -1) {
            throw std::runtime_error("Failed to open file");
        }
    }

    ~FileHandle() {
        close(m_fd);
    }

private:
    int m_fd;
};

FileHandle f1("/path/to/file");
FileHandle f2 = f1; // 调用复制构造函数

在上面的例子中，FileHandle 类表示一个文件操作句柄，它使用了文件描述符 m_fd。如果使用默认的赋值/复制构造函数，那么只是简单地复制了文件描述符 m_fd，导致两个对象同时使用同一个文件描述符，这必然会出问题。因此，需要禁用默认的赋值/复制构造函数，自己来定义赋值/复制构造函数，如下所示：

class FileHandle {
public:
    FileHandle(const std::string& path) {
        m_fd = open(path.c_str(), O_RDONLY);
        if (m_fd == -1) {
            throw std::runtime_error("Failed to open file");
        }
    }

    FileHandle(const FileHandle& fh) = delete;

    FileHandle& operator=(const FileHandle& fh) = delete;

    ~FileHandle() {
        close(m_fd);
    }

private:
    int m_fd;
};

三、总结

在定义类时，C++ 编译器会自动生成默认的赋值/复制构造函数，但在某些情况下，需要我们自己来重新定义这些函数。本文详细讲解了何时需要定义自己的赋值/复制构造函数，并给出了两个示例说明。对于包含指针成员或禁用默认的赋值/复制构造函数的类，需要自己来重载定义这些函数，以确保程序的正确性。