Конструктор копіювання

Об'єкт може бути ініціалізований у будь-який спосіб з наступних.

a. Через оголошення

Object B = A; // перекладається як Object::Object(const Object&) (виклик конструктора копіювання)

b. Через аргументи функції

type function (Object a);

c. Через повернене значення

Object a = function();

Конструктор копіювання використовується виключно для ініціалізації, і не застосовується для присвоювання де використовується оператор присвоювання натомість.

Неявний конструктор копіювання класу викликає базовий конструктор копіювання і копіює члени класу підходящим для їхнього типу чином. Якщо це тип класу, тоді відповідний конструктор копіювання викликається, якщо це скалярний тип, використовується вбудований оператор присвоювання. Насамкінець, якщо це масив, кожен елемент копіюється відповідно до його типу.[3]

Шляхом визначення користувачевого конструктора копіювання програміст може задати необхідну поведінку при копіюванні.

Розглянемо наступний приклад.

#include <iostream>

class Person {
public:
    int age;

    explicit Person(int age)
      : age(age) {}
};

int main()
{
    Person timmy(10);
    Person sally(15);

    Person timmy_clone = timmy;

    std::cout << timmy.age << " " << sally.age << " " << timmy_clone.age << std::endl;

    timmy.age = 23;

    std::cout << timmy.age << " " << sally.age << " " << timmy_clone.age << std::endl;

    return 0;
}

Виведення

10 15 10
23 15 10

Як і очікувалось, timmy був скопійований в новий об'єкт, timmy_clone. І хоча вік timmy був змінений, вік timmy_clone залишився тим самим. Причина цього в тому, що це зовсім різні об'єкти.

Компілятор створив конструктор копіювання для нас, і він може бути записаний так:

Person(const Person& copy)
  : age(copy.age) {}

Тобто, коли ж ми дійсно потребуємо користувачевого конструктора копіювання? Наступний розділ дасть відповідь на це питання.

Тепер, уявімо дуже простий клас динамічних масивів:

#include <iostream>

class Array
{
  public:
    int size;
    int* data;

    explicit Array(int size)
        : size(size), data(new int[size]) {}

    ~Array() 
    {
        delete[] data;
    }
};
 
int main()
{
    Array first(20);
    first.data[0] = 25;

    {
        Array copy = first;

        std::cout << first.data[0] << " " << copy.data[0] << std::endl;

    }    // (1)

    first.data[0] = 10;    // (2)

    return 0;
}

Виведення

25 25
Segmentation fault

Через те, що ми не визначили конструктор копіювання, компілятор створив його для нас. Створений конструктор може виглядати схожим на наступний:

Array(const Array& copy)
  : size(copy.size), data(copy.data) {}

У даному разі конструктор виконав поверхове копіювання (англ. shallow copy) вказівника data. Він скопіював лише адресу первісного члена даних; тобто вони обидва використовують вказівник на одну ділянку пам'яті, нам би хотілось іншого. Коли програма досягає рядка (1), викликається деструктор копії (через автоматичне знищення об'єкта у стеку при виході з його області видимості). Деструктор масиву видаляє масив data, що використовується обома об'єктами. Після цього на рядку (2) ми намагаємось отримати доступ до неіснуючого об'єкта і записати туди! Це викликає відому помилку сегментації.

Якщо ми напишемо власний конструктор копіювання, який виконує глибоке копіювання, тоді ми позбудемось цієї проблеми.

Array(const Array& copy)
  : size(copy.size), data(new int[copy.size]) 
{
    std::copy(copy.data, copy.data + copy.size, data);    // #include <algorithm> для std::copy
}

Тут, ми створюємо новий масив і копіюємо вміст у нього. Тепер деструктор copy видалить лише власні дані і не зачепить дані об'єкта first. Рядок (2) відтепер не викликатиме помилку сегментації.

Замість того, щоб робити глибоке копіюваня одразу, можна використати один із способів оптимізації. Вони дозволяють безпечне спільне використання даних кількома об'єктами, таким чином зберігаючи пам'ять. Стратегія копіювання при записі робить копію даних тільки при спробі запису. Лічильник посилань слідкує за тим скільки об'єктів посилаються на дані, і знищує їх тільки тоді, коли кількість дорівнює нулю (наприклад boost::shared_ptr).

Всупереч очікуванням, шаблонний конструктор копіювання не є користувачевим конструктором копіювання. Тож недостатньо мати:

template <typename A> Array::Array(const A& copy)
  : size(copy.size()), data(new int[copy.size()]) 
{
    std::copy(copy.begin(),copy.end(),data);
}

(Зауважте, що тип A може бути Array.) Користувачевий, нешаблонний конструктор копіювання має бути визначений для конструювання Array на основі Array.