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c++怎么实现深拷贝与浅拷贝_c++ 拷贝构造函数与赋值运算符重载【方法】

发布时间:2026-01-04

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浅拷贝是编译器默认的逐字节复制,对指针只复制地址,易导致double free、数据误改等问题;深拷贝需手动实现拷贝构造函数和赋值运算符,为动态资源分配新内存并复制内容,同时处理自赋值、异常安全等细节。

浅拷贝就是默认的,但默认行为往往不是你想要的

当你没写拷贝构造函数或 operator= 时,C++ 编译器会自动生成一个——它逐字节复制对象内存,对指针成员只复制地址,不复制所指内容。这叫浅拷贝。

问题就出在:如果类里有 new 出来的堆内存(比如 int*std::string 内部指针等),两个对象会指向同一块内存。析构时两次 delete 同一地址,直接触发 double free or corruption 错误。

常见错误现象:

  • 程序运行到第二次析构时崩溃(SIGABRT)
  • 修改对象 A 的数据,对象 B 的对应字段也变了
  • Valgrind 报告 Invalid read/writeUse after free

深拷贝必须手动实现拷贝构造函数和赋值运算符

核心原则:为每个动态分配的资源单独申请新内存,并把原内容完整复制过去。不能依赖编译器生成的默认版本。

实操要点:

  • 拷贝构造函数签名必须是 A(const A& other),且不能是 const A& 以外的引用类型
  • operator= 必须返回 A&,并处理自赋值:if (this == &other) return *this;
  • 赋值前要先释放当前对象已持有的资源(避免内存泄漏)
  • 两者逻辑高度重复,可提取共用的 copy_from(const A& other) 辅助函数
class String {
private:
    char* data_;
    size_t len_;

public: String(const char* s) : len(s ? strlen(s) : 0) { data = new char[len + 1]; if (s) strcpy(data, s); else data_[0] = '\0'; }

// 深拷贝构造函数
String(const String& other) : len_(other.len_) {
    data_ = new char[len_ + 1];
    strcpy(data_, other.data_);
}

// 深拷贝赋值运算符
String& operator=(const String& other) {
    if (this == &other) return *this;
    delete[] data_;  // 先释放旧资源
    len_ = other.len_;
    data_ = new char[len_ + 1];
    strcpy(data_, other.data_);
    return *this;
}

~String() { delete[] data_; }

};

现代 C++ 推荐用 RAII 和移动语义替代手写深拷贝

手动管理 new/delete 容易出错。C++11 起,优先用标准容器封装资源:

  • char* 换成 std::string,把 int* 换成 std::vector
  • 这些类型自身已正确实现深拷贝,你无需再写拷贝构造函数或 operator=
  • 若仍需自定义资源管理,应继承 RAII 原则:构造获取资源,析构释放资源,拷贝/移动按需实现
  • C++11 后,operator= 还应支持移动赋值(A& operator=(A&& other)),避免不必要的深拷贝开销

性能影响明显:对大对象(如百万级 std::vector),深拷贝是 O(n) 时间,而移动是 O(1);忽略移动语义会导致隐式深拷贝,尤其在 std::vector 扩容时放大问题。

容易被忽略的细节:const 成员、mutable、基类与虚函数

深拷贝逻辑看似简单,但几个边界情况常被跳过:

  • const 成员变量不能在构造函数体里赋值,必须在成员初始化列表中完成深拷贝(如 : const_ptr_(new int(*other.const_ptr_))
  • mutable 成员虽可修改,但若它内部含指针,同样需要深拷贝(例如缓存用的 mutable std::unique_ptr
  • 派生类实现深拷贝时,必须显式调用基类的拷贝构造函数:Derived(const Derived& d) : Base(d), ...,否则基类部分仍是浅拷贝
  • 含虚函数的类,若拷贝后需保持多态性,确保虚表指针正常继承;一般只要基类拷贝正确,这点由编译器保障

最常漏的是自赋值检查和异常安全:如果 new 抛出 std::bad_alloc,原对象状态可能已被破坏。更健壮的做法是“拷贝-交换”惯用法(copy-and-swap),但前提是你的类支持 swap 且无异常。

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