《C++面向對象高效程式設計（第2版）》——4.5 對象複制的語義

本節書摘來自異步社群出版社《c++面向對象高效程式設計（第2版）》一書中的第4章，第4.5節，作者： 【美】kayshav dattatri，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

c++面向對象高效程式設計（第2版）

複制對象是oop中的一個很普通的操作。既然在我們的世界中，一切皆是對象，我們肯定會遇到需要某個對象的多個副本的情況。

如第3章所述，在許多不同的情況中都需要複制對象。例如，當按值傳遞（和按值傳回）參數給函數時，就需要制作對象的副本。當函數被調用時，複制操作由語言（編譯器）發起，這是一個隐式進行的操作。

當然，對象的副本也可由程式員通過聲明顯式建立。我們可以編寫如下代碼：

void foo(tperson theperson)

　　　// foo函數按值接受一個tperson參數

{

　　　// 此處代碼不重要，已略去。

}

main()

　　　tperson bar(“foo bar”, “unknown”, 414235056, “6-6-99”);

　　　// ...

　　　foo(bar); //調用以對象“bar”為參數的foo函數

}<code>`</code>

調用foo()時，将制作對象bar的副本。在c++中，用複制構造函數完成這樣的複制操作，即通過現有對象制作一個該對象的副本。我們在tperson類中尚未實作複制構造函數，是以，編譯器會生成預設複制構造函數（default copy constructor）：

`

tperson::tperson(const tperson&amp; source)`

該複制構造函數将執行資料成員的逐個成員複制（memberwise copy）。複制構造函數中的代碼類似圖4-8。

class tpoint2d {

　　public:

　　　　tpoint2d(double x = 0.0, double y = 0.0);

　　　　distanceto(const tpoint2d&amp; otherpoint);

　　　　// 複制構造函數和指派操作符省略 – 由編譯器提供

　　　　// ... 其他細節省略

　　private:

　　　　double _xcoordinate;

　　　　double _ycoordinate;

};<code>`</code>

編譯器生成的簡單複制構造函數可以完全滿足需要。該類的對象包含兩個雙精度數，隻需複制它們的值即可。

回到tperson類，我們并不希望複制_name和_address資料成員的值，因為它們是指針。我們希望為它們所指向的内容配置設定足夠的記憶體，然後複制那些内容。在複制操作完成後，源對象和目的對象之間不會共享任何東西。這就是深複制。

smalltalk：

smalltalk為所有類都提供了兩種複制對象的方法shallowcopy和deepcopy。在smalltalk系統中，所有對象都可以使用這些方法。shallowcopy方法建立一個新對象，但該對象與原始對象共享狀态；deepcopy方法複制對象及其狀态，而且這種複制将為對象内所包含的所有對象進行遞歸複制。是以，deepcopy的結果是生成一個與源對象完全一樣，但互相獨立的對象，生成的對象與源對象不共享任何東西。在smalltalk中，每個類都獲得copy方法，而且copy的預設實作就是shallowcopy。需要組合使用shallowcopy和deepcopy的類（很多情況都需要這樣）應該實作自己的copy方法。smalltalk按值傳遞對象的語義和c++中傳遞引用幾乎等價。然而需要注意的是，一些最新的smalltalk實作（如visualworks）使用了略為不同的複制方案。

eiffel：

eiffel在複制對象時，遵循組合的引用—值（reference-value）語義。複制對象的方法稱為clone()，在預設情況下，所有類都可以使用（與create類似）。該成員函數對基本類型（如整數和字元）進行真正地複制，即複制它們的值。然而，如果原始對象包含對另一個對象的引用，則隻複制引用，而不是複制被引用的對象，這與淺複制十分類似。在本書其他章節提到過，在eiffel中，對象隻能包含基本類型或對其他對象的引用。對象不能按值包含另一個對象它隻能包含對其他對象的引用2（為了友善共享）。如果類的實作者需要一個不同的複制語義，必須在類中為其他成員函數也提供相應的複制語義。eiffel并不真正支援按值調用。在eiffel中，調用函數（或過程）将把形參與實參相關聯，這和c++中的引用類似。但不同的是，被調函數不能直接修改實參。換言之，對于任何arg參數，被調函數都不能修改它的值。如果arg是一個基本類型參數，則被調函數不能修改arg的值（它所引用的内容）；如果arg是類類型，則被調函數不能将arg與新對象相關聯，或将其與void引用。但是，eiffel允許函數通過arg調用方法來修改arg。（不能把這種政策和c++的c<code>onst</code>成員函數混淆。在任何情況下，無論是直接還是間接，都不能修改<code>const</code>成員函數的對象。）鑒于eiffel的這個特性，函數隻可通過預定義的保留名稱result，才能向主調函數傳回值，result可以在函數内部（而不是在過程中）使用。

了解複制對象的另一種方法是将一個對象想象為樹的根節點。該對象（節點）可以包含任意數量的對其他對象（節點）的引用（在c++中，也包括任意數量的指向其他對象（節點）的指針）。當我們以樹的形式描繪對象圖時，它是一棵非常大（深）的樹。深複

圖4-9

制從樹的根節點開始，然後遞歸周遊整棵樹，複制每一個節點。複制操作結束後，我們獲得一棵新樹，它和原樹完全一樣。而淺複制隻能複制根節點，其他所有節點在原樹和副本樹之間共享，複制的結果隻是一棵帶共享節點的樹（見圖4-9）。

現在，我們來看看具有深複制語義的複制構造函數的實作：