第3章 拷貝控制

第3章拷貝控制本章主要內(nèi)容：對(duì)象傳遞、復(fù)制和賦值 具有動(dòng)態(tài)分配的類

拷貝構(gòu)造 拷貝賦值

C++11移動(dòng)構(gòu)造

C++11移動(dòng)賦值 std::move應(yīng)用 典型范例——鏈表表示的集合類實(shí)現(xiàn)

*鏈集合向量空間擴(kuò)充探討

計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明對(duì)象的傳遞涉及對(duì)象的復(fù)制、賦值或轉(zhuǎn)移?？截惪刂坪瘮?shù)由類的拷貝構(gòu)造、移動(dòng)構(gòu)造、拷貝賦值、移動(dòng)賦值和析構(gòu)五個(gè)函數(shù)組成。前面我們設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的類，數(shù)據(jù)成員類型都是內(nèi)置數(shù)據(jù)類型、固定大小數(shù)組、或類類型，這樣的類類型一般無需定義上述五個(gè)拷貝控制函數(shù)，不影響這些類型對(duì)象的復(fù)制、賦值、轉(zhuǎn)移，也不影響它們的正確析構(gòu)。像集合、棧、字符串、向量等具有比較復(fù)雜的狀態(tài)的對(duì)象，往往需要采用動(dòng)態(tài)分配，如用鏈表存儲(chǔ)集合內(nèi)的元素、用動(dòng)態(tài)分配的連續(xù)空間存放向量元素等，這些類需要定義和實(shí)現(xiàn)五個(gè)拷貝控制函數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)庫提供的vector、string、list等類模板就是在動(dòng)態(tài)分配基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明3.1 對(duì)象傳遞、復(fù)制和賦值C++函數(shù)參數(shù)可以傳遞對(duì)象的引用、對(duì)象的地址、對(duì)象數(shù)組，也可以傳遞對(duì)象復(fù)制的副本。C++函數(shù)參數(shù)傳遞對(duì)象的引用：實(shí)參是對(duì)象名，形參本質(zhì)上是實(shí)參的別名，實(shí)參和形參是同一個(gè)對(duì)象。對(duì)于大型對(duì)象，引用傳遞具有極高傳遞效率，是C++函數(shù)間最為普遍的參數(shù)傳遞方式，如果希望函數(shù)處理期間對(duì)象不發(fā)生變化，一般聲明常引用。

假設(shè)CSet是一個(gè)類，常引用聲明和調(diào)用形式如下： CSetUnion(constCSet&rhs); C=A.Union（B）;計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明C++函數(shù)參數(shù)傳遞對(duì)象的地址：實(shí)參是對(duì)象的地址，形參是類指針類型，形參指向?qū)崊?duì)象。對(duì)于大型對(duì)象，一樣具有極高傳遞效率，但不如引用傳遞方式直接明了，較少采用，如果希望函數(shù)處理期間對(duì)象不發(fā)生變化，可以聲明指針?biāo)笇?duì)象不可變。傳遞對(duì)象地址時(shí)，函數(shù)聲明和調(diào)用形式如下： CSetUnion(constCSet*pSet); C=A.Union(&B);計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明C++函數(shù)參數(shù)傳遞對(duì)象數(shù)組：實(shí)參是對(duì)象數(shù)組名，形參是元素具有類類型的數(shù)組，形參實(shí)際復(fù)制了代表數(shù)組起始地址的實(shí)參值。對(duì)于大型對(duì)象數(shù)組，具有極高傳遞效率，一般傳遞對(duì)象數(shù)組需求較少。傳遞對(duì)象數(shù)組時(shí)，函數(shù)聲明和調(diào)用形式如下：doubleTotalSize(CCircleallCircles[],intiCount);x=TotalSize(circles,n);//circles是CCircle對(duì)象組成的數(shù)組計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明C++函數(shù)參數(shù)采用傳值形式：實(shí)參是對(duì)象名，形參是根據(jù)實(shí)參對(duì)象在運(yùn)行棧上新復(fù)制構(gòu)造的對(duì)象，構(gòu)造完成后，形參和實(shí)參是2個(gè)獨(dú)立的對(duì)象，形參變化，實(shí)參不變。對(duì)于大型對(duì)象，復(fù)制效率較低，一般在確實(shí)必要時(shí)才采用。函數(shù)聲明和調(diào)用形式如下： voidDoSomeThing(CSampleobj); DoSomeThing(obj);計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明與參數(shù)傳遞類似，關(guān)于函數(shù)返回值類型，也有返回對(duì)象引用、對(duì)象指針和對(duì)象值類型三種方式。對(duì)于局部對(duì)象，由于函數(shù)執(zhí)行完畢后局部對(duì)象會(huì)析構(gòu)，因此，不可返回局部對(duì)象的引用或指針，否則，根據(jù)函數(shù)返回結(jié)果去訪問對(duì)象會(huì)導(dǎo)致不確定的錯(cuò)誤結(jié)果。當(dāng)函數(shù)返回對(duì)象值類型時(shí)，編譯器會(huì)通過復(fù)制構(gòu)造一個(gè)臨時(shí)副本對(duì)象返回，因此，函數(shù)返回值具有對(duì)象類型時(shí)，函數(shù)可以返回局部對(duì)象。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明C++程序設(shè)計(jì)中，還經(jīng)常需要顯式根據(jù)對(duì)象A復(fù)制構(gòu)造一個(gè)新對(duì)象B，如：CSampleB(A);或CSampleB{A};或CSampleB=A;除上述參數(shù)傳值、函數(shù)返回對(duì)象和顯式復(fù)制構(gòu)造外，如果對(duì)象作為另一個(gè)類型大對(duì)象的子對(duì)象，隨著大對(duì)象的復(fù)制構(gòu)造，子對(duì)象也會(huì)復(fù)制構(gòu)造。對(duì)象的復(fù)制是通過復(fù)制構(gòu)造函數(shù)完成的，復(fù)制構(gòu)造函數(shù)也稱為拷貝構(gòu)造函數(shù)。

通常，C++編譯器會(huì)自動(dòng)合成復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，合成的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)實(shí)際效果是逐個(gè)數(shù)據(jù)成員的復(fù)制。如果一個(gè)類的所有數(shù)據(jù)成員類型都是內(nèi)置數(shù)據(jù)類型、固定大小數(shù)組，或類類型，編譯器合成的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)就是我們需要的效果，如同前面簡單集合類所示，對(duì)于這樣的類，我們無需特殊處理就可以使用復(fù)制構(gòu)造。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明類似情況，C++程序中經(jīng)常需要給對(duì)象賦值，如：CSampleA，B;...B=A;上述賦值語句將對(duì)象A賦值給對(duì)象B。執(zhí)行賦值前已存在2個(gè)獨(dú)立對(duì)象A、B，賦值完成后2個(gè)對(duì)象狀態(tài)相同：對(duì)象B變成對(duì)象A一樣的狀態(tài)。注意，這與前述對(duì)象A復(fù)制構(gòu)造對(duì)象B不同，復(fù)制構(gòu)造前只有一個(gè)對(duì)象A存在，復(fù)制構(gòu)造完成后有2個(gè)獨(dú)立且狀態(tài)一樣的對(duì)象。對(duì)象的賦值是通過賦值運(yùn)算符完成的。通常，C++編譯器會(huì)自動(dòng)合成賦值運(yùn)算符，合成的賦值運(yùn)算符實(shí)際效果是逐個(gè)數(shù)據(jù)成員的賦值。如果一個(gè)類的所有數(shù)據(jù)成員類型都是內(nèi)置數(shù)據(jù)類型、固定大小數(shù)組，或類類型，編譯器合成的賦值運(yùn)算符就是我們需要的效果，如同前面簡單集合類所示，對(duì)于這樣的類，我們無需特殊處理就可以使用賦值。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明//使用缺省復(fù)制構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符的示例。classTime{private:

inthour; //時(shí)

intminute; //分

intsecond; //秒public:

Time(inth=0,intm=0,ints=0) :hour(h),minute(m),second(s){} //構(gòu)造函數(shù)

voidSet(inth,intm,ints) //設(shè)置時(shí)間

{hour=h;minute=m;second=s;} voidShow()const //顯示時(shí)間

{cout<<hour<<":"<<minute<<":"<<second<<endl;}};intmain() //主函數(shù)main(){ Timet1(6,16,18),t2; //構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)都采用默認(rèn)值

t1.Show(); //顯示時(shí)間6:16:18 t2=t1; //利用合成賦值函數(shù)賦值 t2.Show(); //顯示時(shí)間6:16:18 Timet3(t1); //利用合成拷貝構(gòu)造函數(shù)構(gòu)造對(duì)象t3 t3.Show(); //顯示時(shí)間6:16:18}計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明3.2 具有動(dòng)態(tài)分配的類C++程序中，并非所有類的數(shù)據(jù)成員類型都是內(nèi)置數(shù)據(jù)類型、固定大小數(shù)組，還經(jīng)常遇到一些如集合、棧、字符串、向量等對(duì)象，具有比較復(fù)雜的狀態(tài)，為表示這些狀態(tài)復(fù)雜多變的對(duì)象，往往需要采用動(dòng)態(tài)分配，如用鏈表表示集合內(nèi)的元素、用動(dòng)態(tài)分配的連續(xù)空間存放向量內(nèi)容等等，如標(biāo)準(zhǔn)庫的vector、string、set等類模板就是在動(dòng)態(tài)分配基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于具有動(dòng)態(tài)分配的類，使用編譯器合成的拷貝構(gòu)造函數(shù)和復(fù)制賦值運(yùn)算符，運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重問題，但編譯器并不會(huì)發(fā)出警告。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明下面以鏈集合類和簡單字符串類為例，分析需要?jiǎng)討B(tài)分配的類如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)拷貝控制函數(shù)。

鏈集合類用帶頭結(jié)點(diǎn)的單鏈表存儲(chǔ)集合內(nèi)元素，不限定集合元素個(gè)數(shù)。圖3.1鏈集合對(duì)象內(nèi)存狀態(tài)示意圖計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明

圖3.2鏈集合類對(duì)象的拷貝構(gòu)造前狀態(tài)示意圖圖3.3編譯器合成的鏈集合類拷貝構(gòu)造效果圖計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明3.2.1 拷貝構(gòu)造使用默認(rèn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)可能出現(xiàn)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤默認(rèn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)只簡單地將源對(duì)象的數(shù)據(jù)成員的值復(fù)制給目的對(duì)象的相應(yīng)數(shù)據(jù)成員當(dāng)類具有指針成員時(shí)，缺省拷貝構(gòu)造函數(shù)為淺層復(fù)制。當(dāng)一個(gè)類中包含指針類型的數(shù)據(jù)成員，并且通過指針在構(gòu)造函數(shù)中動(dòng)態(tài)申請了存儲(chǔ)空間，在析構(gòu)函數(shù)中通過指針釋放了動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間，這種情況下默認(rèn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)將會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。A對(duì)象指針成員B對(duì)象淺層復(fù)制計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明//使用默認(rèn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)出現(xiàn)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤的示例。classString{private:

char*strValue; //串值public:

String(char*s="") //構(gòu)造函數(shù)

{ if(s==NULL)s=""; //將空指針轉(zhuǎn)化為空串

strValue=newchar[strlen(s)+1]; //分配存儲(chǔ)空間

strcpy(strValue,s); //復(fù)制串值

} ~String(){delete[]strValue;} //析構(gòu)函數(shù)

voidShow(){cout<<strValue<<endl;} //顯示串

};intmain() //主函數(shù)main(){ Strings1(“test"); //調(diào)用普通構(gòu)造函數(shù)的生成對(duì)象s1 Strings2(s1); //調(diào)用默認(rèn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的生成對(duì)象s2 s1.Show(); //顯示串s1 s2.Show(); //顯示串s2}程序運(yùn)行時(shí)可能的屏幕輸出如下：testtest請按任意鍵繼續(xù)...當(dāng)用戶按任一鍵時(shí)，屏幕將會(huì)顯示類似DebugAssertionFailed!的錯(cuò)誤計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明在執(zhí)行“Strings1(“test”);”語句時(shí)，構(gòu)造函數(shù)動(dòng)態(tài)地分配存儲(chǔ)空間，并將返回的地址賦給對(duì)象s1的成員變量strValue，然后把“Test”拷貝到這塊空間中：執(zhí)行語句“Strings2(s1);”時(shí)，系統(tǒng)將調(diào)用默認(rèn)的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，負(fù)責(zé)將對(duì)象s1的數(shù)據(jù)成員strValue中存放的地址值賦值給對(duì)象s2的數(shù)據(jù)成員strValue：當(dāng)遇到對(duì)象的生命期結(jié)束需要撤銷對(duì)象時(shí)，首先由s2對(duì)象調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，將strValue成員所指向的字符串“Test”所在的動(dòng)態(tài)空間釋放：在對(duì)象s1自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)之前，對(duì)象s1的數(shù)據(jù)成員strValue指向已釋放的內(nèi)存空間，因此在s1調(diào)用析構(gòu)函數(shù)時(shí)，無法正確執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)代碼“delete[]strValue”，從而導(dǎo)致出錯(cuò)計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明編譯器合成的拷貝構(gòu)造也稱為淺復(fù)制構(gòu)造，對(duì)于采用動(dòng)態(tài)分配的鏈集合類并不適用。鏈集合類需要重載拷貝構(gòu)造函數(shù)，才能達(dá)到正確效果，如圖3.4所示。這樣重載的拷貝構(gòu)造函數(shù)稱為深復(fù)制構(gòu)造。深復(fù)制構(gòu)造完成后A、B對(duì)象相互獨(dú)立存在，互不影響?？截悩?gòu)造函數(shù)形式如下：CSet(constCSet&rhs);圖3.4鏈集合類重載的拷貝構(gòu)造效果圖計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明定義字符串類復(fù)制構(gòu)造函數(shù)解決動(dòng)態(tài)內(nèi)存的問題定義復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，采用深層復(fù)制，通過復(fù)制指針數(shù)據(jù)成員strValue所指向的動(dòng)態(tài)空間中的內(nèi)容。這樣，兩個(gè)對(duì)象的指針成員strValue就擁有不同的地址值，指向不同的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間，但兩個(gè)動(dòng)態(tài)空間中的內(nèi)容完全一樣。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明//定義復(fù)制構(gòu)造函數(shù)避免默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)的副作用。classString{private:

char*strValue; //串值public:

String(char*s="") //構(gòu)造函數(shù)

{ if(s==NULL)s=""; //將空指針轉(zhuǎn)化為空串

strValue=newchar[strlen(s)+1];//分配存儲(chǔ)空間

strcpy(strValue,s); //復(fù)制串值

} String(constString©) //復(fù)制構(gòu)造函數(shù)

{ strValue=newchar[strlen(copy.strValue)+1];//分配空間

strcpy(strValue,copy.strValue); //復(fù)制串值

} ~String(){delete[]strValue;} //析構(gòu)函數(shù)

voidShow(){cout<<strValue<<endl;} //顯示串 };intmain() //主函數(shù)main(){ Strings1(“test"); //調(diào)用普通構(gòu)造函數(shù)的生成對(duì)象s1 Strings2(s1); //調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的生成對(duì)象s2

s1.Show(); //顯示串s1 s2.Show(); //顯示串s2 ……}程序運(yùn)行時(shí)屏幕輸出如下：testtest請按任意鍵繼續(xù)...計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明

使用復(fù)制構(gòu)造的三種情形

一.構(gòu)造對(duì)象時(shí)使用同類對(duì)象顯式初始化: CSet B;...CSet A=B;或CSetA(B);或CSetA{B};//C++11二.函數(shù)調(diào)用參數(shù)調(diào)用采用傳值方式時(shí),實(shí)參采用拷貝構(gòu)造方式傳遞給形參voidFun(CSample obj); ...Fun(someObj);三.函數(shù)調(diào)用返回值對(duì)象時(shí)queue<int> GetIntQueue(){ queue<int>inputQueue;.... returninputQueue;}此外，作為對(duì)象的成員（子對(duì)象）隨宿主對(duì)象的復(fù)制構(gòu)造而復(fù)制構(gòu)造計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明如用戶沒有為一個(gè)類重載賦值運(yùn)算符，編譯程序?qū)⑸梢粋€(gè)默認(rèn)賦值運(yùn)算符函數(shù),把源對(duì)象的數(shù)據(jù)成員逐個(gè)賦值給目的對(duì)象的相應(yīng)數(shù)據(jù)成員.對(duì)于一般的類，使用默認(rèn)賦值運(yùn)算符函數(shù)都能正常地工作，但當(dāng)一個(gè)類中包含有指針類型的數(shù)據(jù)成員，并且通過指針在構(gòu)造函數(shù)中動(dòng)態(tài)申請了存儲(chǔ)空間，在析構(gòu)函數(shù)中通過指針釋放了動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間，這種情況可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤；類似于拷貝構(gòu)造情況。一般地，如果一個(gè)類重載了拷貝構(gòu)造函數(shù)，而且使用了=，那么也需要重載=。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明3.2.2 拷貝賦值

圖3.5鏈集合類對(duì)象的賦值前狀態(tài)示意圖圖3.6B=A；鏈集合類編譯器合成的拷貝賦值效果圖計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明//使用賦值運(yùn)算符出現(xiàn)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤的示例。classString{private:

char*strValue; //串值public:

String(constchar*s="") //構(gòu)造函數(shù)

{ if(s==NULL)s=""; //將空指針轉(zhuǎn)化為空串

strValue=newchar[strlen(s)+1]; //分配存儲(chǔ)空間

strcpy(strValue,s); //復(fù)制串值

} String(constString©) //復(fù)制構(gòu)造函數(shù)

{ strValue=newchar[strlen(copy.strValue)+1];//分配空間

strcpy(strValue,copy.strValue); //復(fù)制串值

} ~String(){delete[]strValue;} //析構(gòu)函數(shù)

voidShow()const{cout<<strValue<<endl;} //顯示串};……計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明intmain() //主函數(shù)main(){ Strings1("try"),s2; //定義對(duì)象

s2=s1; //使用默認(rèn)賦值運(yùn)算符函數(shù)

s1.Show(); //顯示串s1 s2.Show(); //顯示串s2}程序運(yùn)行時(shí)屏幕可能輸出如下：trytry請按任意鍵繼續(xù)...當(dāng)用戶按任一鍵時(shí)，屏幕將會(huì)顯示類似DebugAssertionFailed!的錯(cuò)誤計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明在執(zhí)行“Strings1(“try”);”語句時(shí)，構(gòu)造函數(shù)動(dòng)態(tài)地分配存儲(chǔ)空間，并將返回的地址賦給對(duì)象s1的數(shù)據(jù)成員strValue，然后把“try”拷貝到這塊空間中執(zhí)行語句“s2=s1;”時(shí)，由于沒有為類String重載賦值運(yùn)算符，系統(tǒng)將調(diào)用默認(rèn)賦值運(yùn)算符函數(shù)，負(fù)責(zé)將對(duì)象s1的數(shù)據(jù)成員strValue中存放的地址值賦值給對(duì)象s2的數(shù)據(jù)成員strValue對(duì)象s1復(fù)制給對(duì)象s2的僅是其數(shù)據(jù)成員strValue的值，并沒有把strValue指向的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間進(jìn)行復(fù)制，當(dāng)遇到對(duì)象的生命期結(jié)束需要撤銷對(duì)象時(shí)，首先由s2對(duì)象調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，將strValue成員所指向的字符串“try”所在的動(dòng)態(tài)空間釋放在對(duì)象s1自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)之前，對(duì)象s1的數(shù)據(jù)成員strValue指向已釋放的內(nèi)存空間，因此在s1調(diào)用析構(gòu)函數(shù)時(shí)，無法正確執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)代碼“delete[]strValue”，從而導(dǎo)致出錯(cuò)。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明編譯器合成的拷貝賦值運(yùn)算也稱為淺拷貝賦值，對(duì)于采用動(dòng)態(tài)分配的類并不適用。

鏈集合類需要重載賦值運(yùn)算符，才能達(dá)到正確效果，釋放B集合對(duì)象的原鏈表，再將A對(duì)象的鏈表復(fù)制過來，復(fù)制后狀態(tài)如圖3.7所示。這樣重載的賦值運(yùn)算稱為深拷貝賦值。深拷貝賦值完成后A、B對(duì)象相互獨(dú)立存在，互不影響?？截愘x值運(yùn)算符重載形式如下：CSet&operator=(constCSet&rhs);圖3.7鏈集合類重載的拷貝賦值效果圖計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明字符串類重載賦值運(yùn)算符對(duì)于字符串類，也應(yīng)重載賦值運(yùn)算符，復(fù)制指針數(shù)據(jù)成員strValue所指向的動(dòng)態(tài)空間中的內(nèi)容。這樣，兩個(gè)對(duì)象的指針成員strValue就擁有不同的地址值，指向不同的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間：計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明賦值運(yùn)算符=重載的一般形式C++規(guī)定賦值運(yùn)算符=只能重載為類的成員函數(shù)，一般重載格式為：類名&類名::operator=(const類名&源對(duì)象){ if(this!=&源對(duì)象) { //目的對(duì)象與源對(duì)象不是同一個(gè)對(duì)象

…… //復(fù)制被被賦值對(duì)象

} return*this; //返回目的對(duì)象}計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明//重載賦值運(yùn)算符避免使用默認(rèn)賦值運(yùn)算符的嚴(yán)重問題。classString{private:

char*strValue; //串值public:

String(constchar*s="") //構(gòu)造函數(shù)

{ if(s==NULL)s=""; //將空指針轉(zhuǎn)化為空串

strValue=newchar[strlen(s)+1];//分配存儲(chǔ)空間

strcpy(strValue,s); //復(fù)制串值

} String(constString©) //復(fù)制構(gòu)造函數(shù)

{ strValue=newchar[strlen(copy.strValue)+1];//分配空間

strcpy(strValue,copy.strValue); //復(fù)制串值

} String&operator=(constString©); //重載賦值運(yùn)算符

~String(){delete[]strValue;} //析構(gòu)函數(shù)

voidShow()const{cout<<strValue<<endl;} //顯示串};……計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明String&String::operator=(constString©) //重載賦值運(yùn)算符{ if(this!=©) {//目的對(duì)象與源對(duì)象不是同一個(gè)對(duì)象 delete[]strValue;

strValue=newchar[strlen(copy.strValue)+1];//分配空間

strcpy(strValue,copy.strValue);//復(fù)制串值

} return*this; //返回目的對(duì)象}intmain() //主函數(shù)main(){ Strings1("try"),s2; //定義對(duì)象

s2=s1; //使用重載賦值運(yùn)算符

s1.Show(); //顯示串s1 s2.Show(); //顯示串s2}程序運(yùn)行時(shí)屏幕輸出如下：trytry請按任意鍵繼續(xù)...計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明//重載賦值運(yùn)算符的另一種好方法，更符合異常安全特性?！璖tring&String::operator=(constString&rhs) //重載賦值運(yùn)算符{ String copy(rhs); //此時(shí)，如果發(fā)生異常，不影響原對(duì)象 swap(strValue,copy.strValue);

return*this; //返回目的對(duì)象}intmain() //主函數(shù)main(){ Strings1("try"),s2; //定義對(duì)象

s2=s1; //使用重載賦值運(yùn)算符

s1.Show(); //顯示串s1 s2.Show(); //顯示串s2}程序運(yùn)行時(shí)屏幕輸出如下：trytry請按任意鍵繼續(xù)...計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明

我們通過重載拷貝構(gòu)造函數(shù)和拷貝賦值解決了具有動(dòng)態(tài)分配類的對(duì)象的拷貝構(gòu)造和賦值問題，可保證我們程序的正確執(zhí)行效果。

考慮如下語句:CSetC=A.Union(B);執(zhí)行過程中集合A與集合B進(jìn)行并運(yùn)算，結(jié)果先保存在一個(gè)局部對(duì)象中，并運(yùn)算返回后，編譯器通過重載的拷貝構(gòu)造將結(jié)果局部對(duì)象復(fù)制給臨時(shí)匿名返回值集合對(duì)象，局部對(duì)象消失，執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，釋放鏈表，最后，再根據(jù)匿名返回值對(duì)象復(fù)制構(gòu)造對(duì)象C，C得到正確結(jié)果，匿名返回值對(duì)象消失，執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，釋放鏈表。這個(gè)過程結(jié)果正確，也沒有造成內(nèi)存泄漏，但內(nèi)含若干次不必要的鏈表復(fù)制和釋放，造成極大性能浪費(fèi)，效率極低。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明3.2.3 C++11移動(dòng)構(gòu)造

C++11之前主要通過編譯器優(yōu)化解決這個(gè)效率問題，但有些情況下，編譯器無法解決這一效率問題，如交換2個(gè)鏈集合對(duì)象語句：CSettmp=A;A=B;B=tmp;這些語句執(zhí)行過程中存在多次鏈表復(fù)制和銷毀，極大影響了執(zhí)行效率。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明C++11引入了移動(dòng)構(gòu)造和移動(dòng)賦值用于解決這一類問題，移動(dòng)構(gòu)造也稱轉(zhuǎn)移構(gòu)造。

根據(jù)A對(duì)象移動(dòng)構(gòu)造B對(duì)象前，A、B對(duì)象狀態(tài)與圖3.2所示拷貝構(gòu)造時(shí)狀態(tài)一樣。A對(duì)象事后無需使用，只需簡單的將A對(duì)象鏈表轉(zhuǎn)移給B對(duì)象，A對(duì)象不再擁有鏈表，A對(duì)象指針置nullptr，消失時(shí)析構(gòu)函數(shù)不再釋放鏈表，實(shí)現(xiàn)高效完美的資源即鏈表的轉(zhuǎn)移，這也是轉(zhuǎn)移構(gòu)造名稱的由來。圖3.8是轉(zhuǎn)移后的效果圖。圖3.2鏈集合類的移動(dòng)構(gòu)造前效果圖圖3.8鏈集合類的移動(dòng)構(gòu)造效果圖計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明如果我們用臨時(shí)對(duì)象給對(duì)象賦值，也存在類似情況?？紤]如下語句：C=A.Union(B);執(zhí)行過程中集合A與集合B并運(yùn)算，結(jié)果先保存在一個(gè)局部對(duì)象中，并運(yùn)算返回后，編譯器先將保存在局部復(fù)制一個(gè)臨時(shí)匿名返回值集合對(duì)象，局部對(duì)象消失，執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，釋放鏈表，最后，再根據(jù)匿名返回值對(duì)象賦值給對(duì)象C，C得到正確結(jié)果，匿名返回值對(duì)象消失，執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，釋放鏈表。這個(gè)執(zhí)行過程結(jié)果正確，也沒有造成內(nèi)存泄漏，但內(nèi)含若干次不必要的鏈表復(fù)制、賦值和釋放，造成極大性能浪費(fèi)，效率極低。同樣，C++98主要通過編譯器優(yōu)化解決這個(gè)效率問題，但有些情況下，編譯器無法解決這一效率問題，如前面交換2個(gè)鏈集合對(duì)象。C++11引入了移動(dòng)賦值用于解決這一問題，移動(dòng)賦值也稱轉(zhuǎn)移賦值。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明3.2.4 C++11移動(dòng)賦值將對(duì)象A移動(dòng)賦值給B時(shí)，A、B對(duì)象狀態(tài)與移動(dòng)構(gòu)造時(shí)不同，與圖3.5所示復(fù)制賦值時(shí)相同，賦值前對(duì)象B已存在，A、B對(duì)象事先均擁有鏈表。

圖3.5鏈集合類的移動(dòng)賦值前效果圖計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明如果A對(duì)象事后無需使用，只需先釋放B對(duì)象的鏈表，再將A對(duì)象鏈表轉(zhuǎn)移給B對(duì)象，A對(duì)象不再擁有鏈表，A對(duì)象指針置nullptr，消失時(shí)析構(gòu)函數(shù)不再釋放鏈表，實(shí)現(xiàn)高效完美的資源即鏈表的轉(zhuǎn)移。圖3.9是這樣方法處理后的移動(dòng)賦值效果示意圖。

圖3.9鏈集合類的移動(dòng)賦值效果圖1

計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明更好、更簡單的方法。

當(dāng)前對(duì)象廢棄的資源（鏈表）轉(zhuǎn)移給臨時(shí)對(duì)象A，將來臨時(shí)對(duì)象消失時(shí)會(huì)執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)，完成資源的釋放。圖3.10是采用這一處理方法的移動(dòng)賦值效果示意圖。圖3.10鏈集合類的移動(dòng)賦值效果圖2計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明轉(zhuǎn)移構(gòu)造函數(shù)和轉(zhuǎn)移賦值運(yùn)算符一般形式如果傳進(jìn)來的對(duì)象是一個(gè)臨時(shí)對(duì)象（馬上就銷毀），我們自然希望能夠繼續(xù)使用這個(gè)臨時(shí)對(duì)象的空間，這樣可以節(jié)省申請空間和復(fù)制的時(shí)間。C++11支持新移動(dòng)構(gòu)造和移動(dòng)賦值機(jī)制,它將臨時(shí)對(duì)象（馬上就銷毀）資源轉(zhuǎn)移至新對(duì)象,顯著提高執(zhí)行效率。語法形式如下:CSample(CSample&&rhs);CSample&operator=CSample(CSample&&rhs);保證不會(huì)拋出異常時(shí)，最好聲明：CSample(CSample&&rhs)noexcept;CSample&operator=CSample(CSample&&rhs)noexcept;現(xiàn)代C++STL庫已據(jù)此作修正.noexcept聲明無異常，有利于容器內(nèi)使用時(shí)優(yōu)化性能（如vector擴(kuò)展空間時(shí)，會(huì)調(diào)用無異常的移動(dòng)版本來完成搬動(dòng)，不會(huì)調(diào)用有異常的移動(dòng)版本），如有異常，不可聲明noexcept。

本章第4節(jié)鏈集合向量空間擴(kuò)充探討，說明了需要聲明noexcept的理由。移動(dòng)構(gòu)造和移動(dòng)賦值后必須保證源對(duì)象可正常析構(gòu)，一般應(yīng)該可以正常重新賦值（內(nèi)容已變空）。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明#include<iostream>#include<memory>#include<cstring>usingnamespacestd;classString{private: char*strValue; //串值public: String(constchar*s=""); //構(gòu)造函數(shù) String(constString©); //復(fù)制構(gòu)造函數(shù) String(String&©)noexcept; //移動(dòng)構(gòu)造函數(shù) String&operator=(constString©); //重載賦值運(yùn)算符 String&operator=(String&©)noexcept;//移動(dòng)賦值 StringReverse()const;

//返回逆序字符串 ~String(){delete[]strValue;} //析構(gòu)函數(shù) voidShow()const; //顯示串};計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明String::String(constchar*s) //構(gòu)造函數(shù){if(s==NULL)s=""; //將空指針轉(zhuǎn)化為空串strValue=newchar[strlen(s)+1];//分配存儲(chǔ)空間strcpy(strValue,s); //復(fù)制串值}String::String(constString©) //復(fù)制構(gòu)造函數(shù){strValue=newchar[strlen(copy.strValue)+1];//分配空間strcpy(strValue,copy.strValue); //復(fù)制串值}String::String(String&©) noexcept //移動(dòng)構(gòu)造函數(shù){strValue=copy.strValue;//轉(zhuǎn)移字符串值copy.strValue=NULL; //已轉(zhuǎn)移，避免再次delete}計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明String&String::operator=(constString©) //重載賦值運(yùn)算符{ if(this!=©) {//目的對(duì)象與源對(duì)象不是同一個(gè)對(duì)象 delete[]strValue; strValue=newchar[strlen(copy.strValue)+1];//分配空間 strcpy(strValue,copy.strValue);//復(fù)制串值 } return*this; //返回目的對(duì)象}String&String::operator=(String&©)noexcept{ //移動(dòng)賦值char*t=strValue;strValue=copy.strValue;copy.strValue=t;//交換字符串值return*this;}計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明StringString::Reverse()const//返回逆序字符串{StringstrResult(*this);intiLength=strlen(strValue);for(inti=0;i<iLength/2;i++){charc=strResult.strValue[i];strResult.strValue[i]=strResult.strValue[iLength-1-i];strResult.strValue[iLength-1-i]=c;}returnstrResult;}voidString::Show()const//顯示串{if(strValue)cout<<strValue<<endl;elsecout<<endl;}

計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明intmain() //主函數(shù)main(){ Strings1("try"),s2,s3; //定義對(duì)象 s2=s1; //使用重載賦值運(yùn)算符 s3=s1.Reverse();//返回臨時(shí)字符串對(duì)象使用移動(dòng)賦值 s1.Show(); //顯示串s1 s2.Show(); //顯示串s2 s3.Show(); //顯示串s2 Strings4(std::move(s1));

//強(qiáng)制使用移動(dòng)構(gòu)造，頭文件 //<utility> s1.Show(); //顯示串s1 s4.Show(); //顯示串s4}計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明

一般來說，沒有使用動(dòng)態(tài)分配的類無需定義拷貝控制函數(shù)；具有動(dòng)態(tài)分配的類需要同時(shí)定義組成拷貝控制的五個(gè)函數(shù)：拷貝構(gòu)造函數(shù)、拷貝賦值運(yùn)算符、析構(gòu)函數(shù)、移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)、移動(dòng)賦值運(yùn)算符，拷貝控制函數(shù)中析構(gòu)函數(shù)用來釋放對(duì)象占用的資源；后兩個(gè)函數(shù)是C++11新引入的，這個(gè)法則就是通常所述的三/五法則。如果類沒有定義自己的拷貝構(gòu)造函數(shù)、拷貝賦值、移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)、移動(dòng)賦值，編譯器會(huì)給所有的類提供合成的拷貝構(gòu)造函數(shù)、拷貝賦值、移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)、移動(dòng)賦值。如果類已含有復(fù)制構(gòu)造、復(fù)制賦值、移動(dòng)構(gòu)造、移動(dòng)賦值函數(shù)之一，編譯器不會(huì)合成其它幾個(gè)函數(shù)。當(dāng)然，如果由于類具有無法拷貝構(gòu)造、拷貝賦值、移動(dòng)構(gòu)造、移動(dòng)賦值的數(shù)據(jù)成員時(shí)，編譯器也無法合成相應(yīng)函數(shù)。除已刪除相應(yīng)功能的特殊容器外，C++11標(biāo)準(zhǔn)庫提供的容器都已實(shí)現(xiàn)拷貝構(gòu)造、拷貝賦值、移動(dòng)構(gòu)造、移動(dòng)賦值和析構(gòu)這五個(gè)拷貝控制函數(shù)?，F(xiàn)代C++程序設(shè)計(jì)需要表示復(fù)雜對(duì)象狀態(tài)時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先使用STL提供的容器作為類成員，這樣就無需使用動(dòng)態(tài)分配，這樣的類也就無需定義拷貝控制有關(guān)函數(shù)，直接由編譯器合成即可。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明3.2.5 std::move應(yīng)用使用類的拷貝控制函數(shù)時(shí)，一般由編譯器決定實(shí)際使用的是拷貝版還是移動(dòng)版，針對(duì)臨時(shí)對(duì)象如函數(shù)返回值對(duì)象，編譯器使用移動(dòng)構(gòu)造或移動(dòng)賦值，對(duì)于具有名字的普通對(duì)象，編譯器會(huì)使用拷貝構(gòu)造或拷貝賦值。如果需要對(duì)具有名字的普通對(duì)象使用移動(dòng)構(gòu)造或移動(dòng)賦值，C++標(biāo)準(zhǔn)庫提供了std::move函數(shù)模板，視指定具名對(duì)象為臨時(shí)對(duì)象，拷貝或賦值時(shí)使用移動(dòng)構(gòu)造或移動(dòng)賦值。std::move可適合各類對(duì)象，使用方法與普通函數(shù)基本相同，關(guān)于函數(shù)模板，詳見第6章。如下述函數(shù)交換2個(gè)鏈集合對(duì)象時(shí)，使用移動(dòng)構(gòu)造和移動(dòng)賦值完成交換，具有非常高的效率，算法時(shí)間復(fù)雜性為O（1）。voidswapSet(CSet&A,CSet&B){CSettmp=std::move(A);//根據(jù)A移動(dòng)構(gòu)造tmpA=std::move(B); //B移動(dòng)賦值給AB=std::move(tmp); //tmp移動(dòng)賦值給B}實(shí)際無需自己定義上述函數(shù)，C++標(biāo)準(zhǔn)庫提供了函數(shù)模板swap?？梢灾苯诱{(diào)用：swap(A,B);完成對(duì)象交換。只要對(duì)象的類具有高效率、無異常的移動(dòng)構(gòu)造、移動(dòng)賦值，這樣的交換就是高效、無異常的。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明3.3 典型范例——鏈表表示的集合類實(shí)現(xiàn)樣例Ex3.1綜合以上分析，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了功能較完備的集合類,集合內(nèi)元素采用帶頭結(jié)點(diǎn)單鏈表表示，集合元素類型為整形，元素遞增排序。樣例里集合類支持集合顯示和元素增加、查詢，并支持集合并運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果返回集合對(duì)象；樣例設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了拷貝構(gòu)造和拷貝賦值、移動(dòng)構(gòu)造和移動(dòng)賦值、析構(gòu)函數(shù)五個(gè)拷貝控制函數(shù)，不會(huì)有內(nèi)存泄漏。樣例利用該集合類完成了基本測試，測試程序輸入數(shù)據(jù)開始為兩個(gè)正整數(shù)m,n；后續(xù)m個(gè)整數(shù)構(gòu)成集合A,再后續(xù)n個(gè)整數(shù)構(gòu)成集合B，輸出集合A、B和他們的并集。限于篇幅，具體樣例代碼和介紹參見附件。計(jì)算機(jī)學(xué)院李衛(wèi)明3.4 *鏈集合向量空間擴(kuò)充探討STL提供了程序設(shè)計(jì)中廣泛使用的向量類模板。如果向量元素類型為鏈集合時(shí)，STL向量類模板就可以產(chǎn)生鏈集合向量模板類，它的實(shí)例就是鏈集合向量，是一種復(fù)雜的典型容器對(duì)象。鏈集合向量可以存放若干鏈集合對(duì)象，并且具有根據(jù)需要調(diào)用pushback在尾部添加鏈集合對(duì)象的能