C++ 赋值运算符‘=‘的重载(浅拷贝、深拷贝)

发布于 2020-9-3 13:39
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01 赋值运算符重载的需求


有时候希望赋值运算符两边的类型可以不匹配,比如:把一个 int 类型变量赋值给一个Complex(复数)对象,或把一个 char* 类型的字符串赋值给一个字符串对象,此时就需要重载赋值运算符‘=’。

 

需要注意的是:赋值运算符 = 只能重载为成员函数。

 

02 赋值运算符重载的例子

 

下面我们以自定义一个自己的字符串类代码的例子,讲解赋值运算符的重载函数。

class MyString // 字符串类
{
public:
    // 构造函数,默认初始化1个字节的字符
    MyString ():m_str(new char[1])
    {
        m_str[0] = 0;
    }
    
    // 析构函数,释放资源
    ~MyString()
    {
        delete [] m_str;
    }
    
    const char* c_str()
    {
        return m_str;
    }
    
    // 赋值运算符重载函数
    // 重载=号使得 obj = "Hello" 能够成立
    MyString & operator= (const char *s)
    {
        // 释放旧字符串资源
        delete [] m_str;
        
        // 生成新字符串的空间大小,长度多+1的目的是存放\0
        m_str = new char[strlen(s) +1 ];
        
        // 拷贝新字符串的内容
        strcpy(m_str, s);
        
        // 返回该对象
        return *this;
    }
    
private:
    char * m_str; // 字符串指针
};

int main() {
    
    MyString s;
    
    s = "Hello~"; // 等价于s.operator=("Hello~");
    std::cout << s.c_str()  << std::endl;
    
    // MyString s2 = "Hello!"; // 这条语句要是不注释就会编译报错
    
    s = "Hi~"; // 等价于s.operator=("Hi~");
    std::cout << s.c_str()  << std::endl;

    return 0;
}

输出结果:

Hello~
Hi~

重载=号运算符函数后,s = "Hello~"; 语句就等价于 s.operator=("Hello~");。

 

需要注意的一点是:上面的MyString s2 = "Hello!";语句实际上是初始化语句,而不是赋值语句,因为是初始化语句,所以需要调用构造函数进行初始化,那么这时就需要有char*参数的构造函数,由于我们没有定义此构造函数,所以就会编译出错。

 

03 浅拷贝和深拷贝

 

还是依据上面的例子,假设我们要实现最后一个语句的方式:

MyString s1,s2;
s1 = "this"; // 调用重载的赋值语句
s2 = "that"; // 调用重载的赋值语句
s1 = s2; // 如何实现这个??

s1 = s2;语句目的希望是s1对象放的字符串和s2对象放的字符串象要一样,由于 = 号两边的类似都是对象,编译器会用原生的赋值运算符函数,但是这个原生的赋值运算符函数对于有指针成员变量的对象来说,是非常危险的!

 

浅拷贝

如果用原生的赋值运算符函数去赋值有指针成员变量的对象,就会使得两个对象的指针地址也是一样的,也就是两个对象的指针成员变量指向的地址是同一个地方,这种方式就是浅拷贝。

 

这时当一个对象释放了指针成员变量时,那么另外一个对象的指针成员变量指向的地址就是空的了,再次使用这个对象时,程序就会奔溃了,因为该对象的指针成员函数已经是个不合法的指针了!

C++ 赋值运算符‘=‘的重载(浅拷贝、深拷贝)-开源基础软件社区

深拷贝

如果对象里面有指针成员变量,则我们需要对原生的赋值运算符函数,防止出现程序出错现象的发生。

 

因此要在 class MyString 类里加上如下成员函数:

MyString & operator=(const MyString & s)
{
    // 释放旧字符串资源
    delete [] m_str;
    
    // 生成新字符串的空间大小,长度多+1的目的是存放\0
    m_str = new char[strlen(s.m_str) +1 ];
    
    // 拷贝新字符串的内容
    strcpy(m_str, s.m_str);
    
    // 返回该对象
    return *this;
}

这么做就够了吗?还有什么需要改进的地方吗?

 

我们在考虑下面的语句:

MyString s;
s = "Hello";
s = s; // 是否会有问题?

最后一个语句是否会有问题?

 

s = s;等价于s.operator=(s),由于s和s是相同的对象,那么就没必要完全执行重载的赋值 = 的函数了,我们再加个判断,当左右两边是相同对象时,就直接返回该对象就好:

MyString & operator=(const MyString & s)
{
    // 当左右两边是相同对象时,就直接返回该对象就
    if(this == &s)
        return *this;

    delete [] m_str;
    m_str = new char[strlen(s.m_str) +1 ];
    strcpy(m_str, s.m_str);
    return *this;
}

 

对operator=返回值类型的讨论

  • void 好不好?
  • MyString 好不好?
  • 为什么是MyString &?

当我们重载一个运算符的时候,好的风格应该是尽量保留运算符原本的特性

 

考虑:

  • a = b = c; 这个赋值语句的顺序是先b = c,然后在a = (b = c)。如果返回的void类型,那么a = (void)显然是不成立的;
  • (a = b) = c; 这个赋值语句会修改a的值,如果返回的类型是MyString对象,那么就无法修改a的值了。

 

分别等价于:

  • a.operator=(b.operator=(c));
  • (a.operator=(b)).operator=(c);

 

所以综上考虑,operator=返回值类型是MyString &是比较好的。

 

04 复制(拷贝)构造函数


上面的MyString类是否就没有问题了?

MyString s;
s = "Hello";
MyString s1(s); // 要考虑这种情况,那就要重载复制(拷贝)构造函数

如果使用默认的复制(拷贝)构造函数,那就对有指针成员变量的对象会有问题,因为会默认的复制(拷贝)构造函数会导致两个对象的指针成员变量指向同一个的空间。

 

所以需要对复制(拷贝)构造函数重载,并实现深拷贝的方式:

MyString (const MyString &s)
{
    m_str = new char[strlen(s.m_str) + 1];
    strcpy(m_str, s.m_str);
}

 

05 小结

 

最后的所有代码,如下:

class MyString // 字符串类
{
public:
    // 构造函数,默认初始化1个字节的字符
    MyString ():m_str(new char[1])
    {
        m_str[0] = 0;
    }
    
    // 复制(拷贝)构造函数
    MyString (const MyString &s)
    {
        m_str = new char[strlen(s.m_str) + 1];
        strcpy(m_str, s.m_str);
    }
    
    // 析构函数,释放资源
    ~MyString()
    {
        delete [] m_str;
    }
    
    const char* c_str()
    {
        return m_str;
    }
    
    // 赋值运算符重载函数
    // 重载=号使得 obj = "Hello" 能够成立
    MyString & operator= (const char *s)
    {
        // 释放旧字符串资源
        delete [] m_str;
        
        // 生成新字符串的空间大小,长度多+1的目的是存放\0
        m_str = new char[strlen(s) +1 ];
        
        // 拷贝新字符串的内容
        strcpy(m_str, s);
        
        // 返回该对象
        return *this;
    }
    
    // 赋值运算符重载函数
    // 重载=号使得 obj1 = obj2 能够成立
    MyString & operator=(const MyString & s)
    {
        // 当左右两边是相同对象时,就直接返回该对象就
        if(this == &s)
            return *this;
    
        delete [] m_str;
        m_str = new char[strlen(s.m_str) +1 ];
        strcpy(m_str, s.m_str);
        return *this;
    }
    
private:
    char * m_str; // 字符串指针
};

int main() 
{
    
    MyString s1,s2;
    
    s1 = "Hello~"; // 等价于s1.operator=("Hello~");
    std::cout << s1.c_str()  << std::endl;
    
    
    s2 = "Hi~"; // 等价于s2.operator=("Hi~");
    std::cout << s2.c_str()  << std::endl;
	
    s1 = s2;   // 等价于s1.operator=(s2);
	std::cout << s1.c_str()  << std::endl;
	
    MyString s3(s1);  // 复制构造函数
	std::cout << s3.c_str()  << std::endl;

    return 0;
}

输出如下:

Hello~
Hi~
Hi~
Hi~

 

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