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  • 拷贝
  • 什么时候需要不可拷贝类
  • 实现不可拷贝类
    • 使用boost::noncopyable
    • 声明拷贝函数为私有
    • C++ 11 下使用 delete 关键字
  • 其他

拷贝

拷贝是任何一门编程语言都必不可少的操作。在 C++ 里，拷贝有等号拷贝和构造拷贝之分：

Foo foo, foo2;Foo foo2 = foo;// 等号拷贝Foo foo3(foo); // 构造拷贝

等号拷贝是显式的，总得有个等号=在那才行。构造拷贝是隐式的，除了上面示例代码里那种直接写出构造函数的情况，在使用以值传递作为参数和以值返回的函数时，都会发生构造拷贝：

/// 传入 foo 时，发生了一次实参到形参的构造拷贝Foo func(Foo foo) {Foo foo2;// do somthingreturn foo2;}/// 返回时，发生了一次 foo2 到返回值的的构造拷贝

类的等号拷贝和构造拷贝都是可以重载的。如果不重载，默认的拷贝模式是对每个类成员依次执行拷贝。

什么时候需要不可拷贝类

考虑一种情况，我们要实现一个含有动态数组成员的类，其中动态数组成员在构造函数中 new 出来，在析构函数中 delete 掉。比如说这样一个矩阵类：

templateclass Matrix {public: int w; int h; _T* data;// 构造函数 Matrix(int _w, int _h): w(_w), h(_h){data = new_T[w*h]; } // 析构函数 ~Matrix() { delete [] data; }}

我们在这个类中用两个 int 数w和h代表矩阵的列数和行数，用一个长度为w*h的动态数组data[]存储矩阵数据。data在构造函数中分配内存，在析构函数中释放内存。这里我们没有重载拷贝函数，那么如果拷贝这个类，会发生什么呢？

/// 测试1：等号拷贝void copy(){Matrix m1(3,3);Matrix m2(3,3);m1 = m2; }/// 测试2：传参和返回中的构造拷贝templateMatrix copy(Matrix cpy) {Matrix ret(3,3); return ret;}

上面的测试 1 中，我们先构造了m1和m2两个Matrix实例，这意味着他们各自开辟了一块动态内存来存储矩阵数据。然后我们使用=将m2拷贝给m1，这时候m1的每个成员（w，h，data）都被各自使用=运算符拷贝为和m2相同的值。m1.data是个指针，所以就和m2.data指向了同一块的内存。于是这里就会出现两个问题：其一， 发生拷贝前m1.data指向的动态内存区在拷贝后不再拥有指向它的有效指针，无法被释放，于是发生了内存泄露；其二，在copy()结束后，m1和m2被销毁，各自调用析构函数，由于他们的data指向同一块内存，于是发生了双重释放。

测试 2 中也有类似问题。当调用copy(Matrix cpy)时，形参cpy拷贝自实参，而cpy会在函数结束时销毁，cpy.data指向的内存被释放，所以实参的矩阵数据也被销毁了——这显然是我们不愿意看见的。同样的，在返回时，ret随着函数结束而销毁，返回值因为拷贝自ret，所以其矩阵数据也被销毁了。

因此，对于像Matrix这样的类，我们不希望这种拷贝发生。一个解决办法是重载拷贝函数，每次拷贝就开辟新的动态内存：

Matrix& operator = (const Matrix& cpy) {w = cpy.w;h = cpy.h;delete []data;data = new _T[w*h];memcpy(data, cpy.data, sizeof(_T)*w*h);return *this;}Matrix(const Matrix& cpy):w(cpy.w), h(cpy.h) {data = new _T[w*h];memcpy(data, cpy.data, sizeof(_T)*w*h);}

这样做也有不好的地方。频繁开辟动态内存，当数据量很大时（比如图像处理），对程序性能是有影响的。在接口设计的角度考虑，应该把这种拷贝操作以较明显的形式提供给用户，比如禁用等号拷贝，以直接的函数代替=操作：

void copyFrom(const Matrix& cpy) {w = cpy.w;h = cpy.h;delete []data;data = new _T[w*h];memcpy(data, cpy.data, sizeof(_T)*w*h);}

再禁用构造拷贝，只允许用户以引用传递的办法在自定义函数中使用Matrix类。

那么，如何禁止拷贝操作呢？

实现不可拷贝类

使用boost::noncopyable

Boost 作为 C++ 万金油工具箱，在下提供了不可拷贝类的实现，使用起来也非常简单，让自己的类继承自boost::noncopyable即可：

class Matrix : boost::noncopyable{// 类实现}
声明拷贝函数为私有

如果不想用第三方库，自己实现呢？不妨先看一下 Boost 是怎么做的：

private:// emphasize the following members are privatenoncopyable( const noncopyable& );noncopyable& operator=( const noncopyable& );

嗯，直接把拷贝函数声明为私有的不就等于禁用了么，so smart！于是：

templateclass Matrix {private:Matrix(const Matrix&);Matrix& operator = (const Matrix&);}
C++ 11 下使用 delete 关键字

C++ 11 中为不可拷贝类提供了更简单的实现方法，使用 delete 关键字即可：

templateclass Matrix {public:Matrix(const Matrix&) = delete;Matrix& operator = (const Matrix&) = delete;}

其他

关于类似Matrix矩阵类的实现，更高级的做法是像智能指针一样封装其内部数据，用内部计数器来确定动态分配的成员是否要释放掉，不过这是另外一个问题了。