C++箴言：拷貝一個對象的所有組成部分

2019-11-17 05:08:04

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供稿：網友

　　在設計良好的面向對象系統中，為了壓縮其對象內部的空間，僅留兩個函數用于對象的拷貝：一般稱為拷貝構造函數（copy constrUCtor）和拷貝賦值運算符（copy assignment Operator）。我們將它們統稱為拷貝函數（copying functions）。

假如需要，編譯器會生成拷貝函數，而且闡明了編譯器生成的版本正象你所期望的：它們拷貝被拷貝對象的全部數據。

　　當你聲明了你自己的拷貝函數，你就是在告訴編譯器你不喜歡缺省實現中的某些東西。編譯器對此似乎怒發沖冠，而且它們會用一種古怪的方式報復：當你的實現存在一些幾乎可以確定錯誤時，它偏偏不告訴你。

　　考慮一個象征消費者（customers）的類，這里的拷貝函數是手寫的，以便將對它們的調用記入日志：

void logCall(const std::string& funcName); // make a log entry

class Customer {
　 public:
　　 ...
　　 Customer(const Customer& rhs);
　　 Customer& operator=(const Customer& rhs);
　　 ...

　 PRivate:
　　 std::string name;
};
Customer::Customer(const Customer& rhs)
: name(rhs.name) // copy rhs’s data
{
　 logCall("Customer copy constructor");
}

Customer& Customer::operator=(const Customer& rhs)
{
　 logCall("Customer copy assignment operator");
　 name = rhs.name; // copy rhs’s data
　 return *this; // see Item 10
}

　　這里的每一件事看起來都不錯，實際上也確實不錯——直到 Customer 中加入了另外的數據成員：

class Date { ... }; // for dates in time

class Customer {
public:
　 ... // as before

private:
　 std::string name;
　 Date lastTransaction;
};

　　在這里，已有的拷貝函數只進行了部分拷貝：它們拷貝了 Customer 的 name，但沒有拷貝它的 lastTransaction。然而，大部分編譯器對此毫不在意，即使是在最高的警告級別（maximal warning level）。這是它們在對你寫自己的拷貝函數進行報復。你拒絕了它們寫的拷貝函數，所以假如你的代碼是不完善的，他們也不告訴你。結論顯而易見：假如你為一個類增加了一個數據成員，你務必要做到更新拷貝函數。（你還需要更新類中的全部的構造函數以及任何非標準形式的 operator=。這個問題最為迷惑人的情形之一是它會通過繼續發生。考慮：

class PriorityCustomer: public Customer { // a derived class
　 public:
　　 ...
　　 PriorityCustomer(const PriorityCustomer& rhs);
　　 PriorityCustomer& operator=(const PriorityCustomer& rhs);
　　 ...

　 private:
　　 int priority;
};
PriorityCustomer::PriorityCustomer(const PriorityCustomer& rhs)
: priority(rhs.priority)
{
　 logCall("PriorityCustomer copy constructor");
}

PriorityCustomer&
PriorityCustomer::operator=(const PriorityCustomer& rhs)
{
　 logCall("PriorityCustomer copy assignment operator");
　 priority = rhs.priority;
　 return *this;
}

　　PriorityCustomer 的拷貝函數看上去似乎拷貝了 PriorityCustomer 中的每一樣東西，但是再看一下。是的，它確實拷貝了 PriorityCustomer 聲明的數據成員，但是每個 PriorityCustomer 還包括一份它從 Customer 繼續來的數據成員的副本，而那些數據成員根本沒有被拷貝！PriorityCustomer 的拷貝構造函數沒有指定傳遞給它的基類構造函數的參數（也就是說，在它的成員初始化列表中沒有提及 Customer），所以，PriorityCustomer 對象的 Customer 部分被 Customer 的構造函數在無參數的情況下初始化——使用缺省構造函數。
（假設它有，假如沒有，代碼將無法編譯。）那個構造函數為 name 和 lastTransaction 進行一次缺省的初始化。

　　對于 PriorityCustomer 的拷貝賦值運算符，情況有些微的不同。它不會試圖用任何方法改變它的基類的數據成員，所以它們將保持不變。

　　無論何時，你打算自己為一個派生類寫拷貝函數時，你必須注重同時拷貝基類部分。那些地方的典型特征當然是 private，所以你不能直接訪問它們。派生類的拷貝函數必須調用和它們對應的基類函數：

PriorityCustomer::PriorityCustomer(const PriorityCustomer& rhs)
: Customer(rhs), // invoke base class copy ctor
priority(rhs.priority)
{
　 logCall("PriorityCustomer copy constructor");
}

PriorityCustomer&
PriorityCustomer::operator=(const PriorityCustomer& rhs)
{
　 logCall("PriorityCustomer copy assignment operator");

　 Customer::operator=(rhs); // assign base class parts
　 priority = rhs.priority;
　 return *this;
}

　　本文中的 "copy all parts" 的含義現在應該清楚了。當你寫一個拷貝函數，需要保證（1）拷貝所有本地數據成員以及（2）調用所有基類中的適當的拷貝函數。

　　在實際中，兩個拷貝函數經常有相似的函數體，而這一點可能吸引你試圖通過用一個函數調用另一個來避免代碼重復。你希望避免代碼重復的想法值得肯定，但是用一個拷貝函數調用另一個來做到這一點是錯誤的。

　　用拷貝賦值運算符調用拷貝構造函數是沒有意義的，因為你這樣做就是試圖去構造一個已經存在的對象。這太荒謬了，甚至沒有一種語法來支持它。有一種語法看起來似乎能讓你這樣做，但實際上你做不到，還有一種語法采用迂回的方法這樣做，但它們在某種條件下會對破壞你的對象。所以我不打算給你看任何那樣的語法。無條件地接受這個觀點：不要用拷貝賦值運算符調用拷貝構造函數。嘗試一下另一種相反的方法——用拷貝構造函數調用拷貝賦值運算符——這同樣是荒謬的。一個構造函數初始化新的對象，而一個賦值運算符只能用于已經初始化過的對象。借助構造過程給一個對象賦值將意味著對一個尚未初始化的對象做一些事，而這些事只有用于已初始化對象才有意義。簡直是胡搞！不要做這種嘗試。

　　作為一種代替，假如你發現你的拷貝構造函數和拷貝賦值運算符有相似的代碼，通過創建第三個供兩者調用的成員函數來消除重復。這樣的函數當然是 private 的，而且經常叫做 init。這一策略是在拷貝構造函數和拷貝賦值運算符中消除代碼重復的安全的，被證實過的方法。

　　Things to Remember

　　·拷貝函數應該保證拷貝一個對象的所有數據成員以及所有的基類部分。

　　·不要試圖依據一個拷貝函數實現另一個。作為代替，將通用功能放入第三個供雙方調用的函數。

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