基于c++中的默認拷貝函數的使用詳解

2020-01-26 16:15:17

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供稿：網友

《c++編程思想》上說一個類如果沒有拷貝函數，那么編譯器就會自動創建一個默認的拷貝函數。下面就讓我們看一下真實的情況。

首先看一個簡單的類X，這個類沒有顯示定義拷貝構造函數。

c++源碼如下:

復制代碼代碼如下:

class X {
private:
int i;
int j;
};

int main() {
X x1;//先定義對象x1
X x2 = x1;//將x1拷貝給x2
}

下面是其匯編代碼:

復制代碼代碼如下:

_main PROC

; 7 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 16                    ; 為對象x1，x2預留16byte的?？臻g

; 8 : X x1;//先定義對象x1
; 9 : X x2 = x1;//將x1拷貝給x2

    mov    eax, DWORD PTR _x1$[ebp];將x1的首地址里面的內容給寄存器eax，也就將x1中的成員變量i的值給eax
    mov    DWORD PTR _x2$[ebp], eax;將eax里面的值寫入x2的首地址，也就是將eax里面的值寫給x2的成員變量i
    mov    ecx, DWORD PTR _x1$[ebp+4];將偏移x1首地址4byte的內存里面的值給寄存器eax，也就是將x1中的成員變量j的值給ecx
    mov    DWORD PTR _x2$[ebp+4], ecx;將ecx里面的值寫入偏移x2首地址4byte的內存里面，也就是將ecx里面的值寫給x2的成員變量j

; 10 : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0
_main    ENDP

從匯編代碼里面可以看出，根本沒有函數被調用，所有的拷貝賦值都是通過寄存器與內存地址相互通信完成。和編譯器提供默認構造函數一樣，可以把這種情況看成是編譯器提供了一個無用的拷貝構造函數。

那么，什么時候編譯器才真正的提供默認拷貝構造函數，并且顯示調用呢？

下面是一種情況，類X里面含有虛成員函數:

c++源碼:

復制代碼代碼如下:

class X {
private:
    int i;
    int j;
public:
    virtual ~X() {}//虛析構函數
};

int main() {
X x1;//先定義對象x1
X x2 = x1;//將x1拷貝給x2
}

由于這里只討論拷貝函數，所以只看主函數main和拷貝函數里面的匯編代碼:

下面是主函數main里面的匯編代碼:

復制代碼代碼如下:

_main PROC

; 9 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 24                    ; 由于引入了虛函數，每個類所占的空間編程12byte 成員變量i，j8byte vptr指針4byte 因此這里為x1 x2預留24byte

; 10 : X x1;//先定義對象x1

lea ecx, DWORD PTR _x1$[ebp];獲取x1的首地址，放入ecx，為調用構造函數的秘密參數傳入，即this
call ??0X@@QAE@XZ;調用構造函數

; 11 : X x2 = x1;//將x1拷貝給x2

    lea    eax, DWORD PTR _x1$[ebp];獲取x1的首地址，放入寄存器eax
    push    eax;將eax壓棧，作為拷貝構造函數的參數
    lea    ecx, DWORD PTR _x2$[ebp];獲取x2的首地址，放入寄存器ecx，作為調用拷貝構造函數的秘密參數傳入，即this
    call    ??0X@@QAE@ABV0@@Z;調用拷貝構造函數

; 12 : }

    lea    ecx, DWORD PTR _x2$[ebp];獲取x2的首地址，放入ecx寄存器，作為調用析構函數傳入的秘密參數，即this
    call    ??1X@@UAE@XZ                ; 調用析構函數
    lea    ecx, DWORD PTR _x1$[ebp];獲取x1的首地址，放入ecx寄存器，作為調用析構函數傳入的秘密參數，即this
                                ;析構的順序與構建的順序相反
    call    ??1X@@UAE@XZ                ; 調用析構函數
    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0
_main    ENDP

可以看到，編譯器為類X提供了默認的拷貝構造函數(非無用的默認拷貝構造函數)，并且顯示調用。

由于一個類繼承自虛基類或者繼承自有虛函數成員的基類，使得它本身也含有虛函數成員，因此也就屬于上一種情形。所以編譯器在這種情況下，也會提供非無用的默認拷貝構造函數，并且能夠顯示調用。

下面是第二種情形，類X繼承自類Y，類Y有顯示定義的拷貝構造函數，而類沒有提供拷貝構造函數：

下面是c++源碼：

復制代碼代碼如下:

class Y {
private:
    int j;
public:
   Y(const Y& y) {}
   Y() {};//必須為Y提供默認的構造函數，否則編譯出錯
};
class X : public Y {
private:
    int i;
    int j;
};

int main() {
X x1;//先定義對象x1
X x2 = x1;//將x1拷貝給x2
}

下面是mian函數匯編代碼:

復制代碼代碼如下:

; 16 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 24                    ; 為x1 x2預留24byte空間

; 17 : X x1;//先定義對象x1

lea ecx, DWORD PTR _x1$[ebp];獲取x1的首地址，作為隱含參數傳遞給構造函數
call ??0X@@QAE@XZ;//調用編譯器為類X提供的默認構造函數

; 18 : X x2 = x1;//將x1拷貝給x2

    lea    eax, DWORD PTR _x1$[ebp];獲取x1的首地址，傳給寄存器eax
    push    eax;將eax壓棧，作為調用類X的拷貝構造函數的參數
    lea    ecx, DWORD PTR _x2$[ebp];獲取x2的首地址，作為調用類X的拷貝函數的隱含參數
    call    ??0X@@QAE@ABV0@@Z;調用編譯器提供的默認拷貝構造函數

; 19 : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0

下面是類X的拷貝構造函數的匯編碼:

復制代碼代碼如下:

??0X@@QAE@ABV0@@Z PROC                    ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx里面有x2的首地址
    mov    eax, DWORD PTR ___that$[ebp];將x1的首地址給eax
    push    eax;將eax的首地址壓棧，作為調用父類拷貝構造函數的參數
    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將x2的首地址給ecx，作為隱含參數傳給父類的拷貝構造函數
    call    ??0Y@@QAE@ABV0@@Z            ; 調用父類拷貝構造函數
    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp];獲取x2的首地址給ecx
    mov    edx, DWORD PTR ___that$[ebp];獲取x1的首地址給edx
    mov    eax, DWORD PTR [edx+4];將偏移x1首地址4byte處的內存里面的值寫給eax，即將x1中子類成員變量i的值寫給eax，因為x1的首地址處存放的是父類成員變量i，其值
                              ;由父類拷貝構造函數負責拷貝給x2
    mov    DWORD PTR [ecx+4], eax;將eax的值寫入偏離x2首地址4byte處的內存里面，即將eax的值寫入x2中子類成員變量i，因為x2的首地址處存放父類成員變量i，其值
                              ;由父類拷貝構造函數負責拷貝
    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將x2的首地址給ecx
    mov    edx, DWORD PTR ___that$[ebp];將x1的首地址給edx
    mov    eax, DWORD PTR [edx+8];將偏移x1首地址8byte處的內存里面的值給eax，即將x1中子類成員變量j的值給eax
    mov    DWORD PTR [ecx+8], eax;將eax的值寫入偏移x2首地址8byte的內存里面，即將eax的值寫入x2子類成員j中
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x2的首地址給eax，作為返回值。構造函數總是返回對象首地址
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    4
??0X@@QAE@ABV0@@Z ENDP

從匯編碼中可以看到，編譯器確實為類X提供了默認的拷貝構造函數，并且進行了顯示調用。而且在調用類X的拷貝構造函數中，首先調用父類的拷貝構造函數，拷貝父類中的成員變量，然后再拷貝子類中的成員變量。

下面是父類Y中的拷貝構造函數匯編碼:

復制代碼代碼如下:

??0Y@@QAE@ABV0@@Z PROC ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx

; 5 : Y(const Y& y) {}

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx;//這里壓棧的目的是為隱含傳給父類拷貝函數的this(即x2的首地址)
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx里面含有x2的首地址(即this),放入剛才的預留空間
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x2的首地址寫入eax，作為返回值。構造函數總是返回對象首地址
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    4
??0Y@@QAE@ABV0@@Z ENDP                    ; Y::Y
_TEXT    ENDS

從匯編嗎可以看到，由于父類自己顯示定義了拷貝構造函數，編譯器只是負責調用而已，并不提供像上面子類X里面默認拷貝構造函數的拷貝功能，即并不拷貝父類成員變量i。因為，在c++源碼里面，父類拷貝構造函數本身就是空函數，什么也不做。

如果子類X 父類Y都不提供拷貝構造函數，情形有時怎樣的呢？

下面是c++源碼:

復制代碼代碼如下:

class Y {
private:
    int j;
};
class X : public Y {
private:
    int i;
    int j;
};

int main() {
X x1;//先定義對象x1
X x2 = x1;//將x1拷貝給x2
}

下面是對應的匯編碼：

復制代碼代碼如下:

_main PROC

; 12 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 24                    ; 為x1 x2預留24byte空間

; 13 : X x1;//先定義對象x1
; 14 : X x2 = x1;//將x1拷貝給x2

    mov    eax, DWORD PTR _x1$[ebp];獲取x1的首地址里面的值，存入eax,即獲取x1父類成員變量i的值寫給eax
    mov    DWORD PTR _x2$[ebp], eax;將eax的值寫入x2的首地址指向的內存，即將eax的值寫給x2中的父類成員變量i
    mov    ecx, DWORD PTR _x1$[ebp+4];獲取偏移x1首地址4byte處的內存里面的值，寫入ecx，即獲取x1子類成員變量i的值寫給ecx
    mov    DWORD PTR _x2$[ebp+4], ecx;將ecx的值寫入偏移x2首地址4byte處的內存里面，即將ecx的值寫給x2中子類成員變量i
    mov    edx, DWORD PTR _x1$[ebp+8];獲取偏移x1首地址8byte處的內存里面的值，寫入edx，即獲取x1子類成員變量j的值寫給edx
    mov    DWORD PTR _x2$[ebp+8], edx;將edx的值寫入偏移x2首地址8byte處的內存里面，即將edx的值寫入x2子類成員變量j

; 15 : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0
_main    ENDP

可以看到，編譯器執行了拷貝過程，但是提供的是像剛開始的無用的默認拷貝構造函數，無論是拷貝父類成員變量，還是子類成員變量，都沒有函數的調用。

下面看第三種情況，類X含有類Y的成員變量，類Y的成員變量有拷貝構造函數。

c++源碼如下:

復制代碼代碼如下:

class Y {
private:
    int j;
public:
    Y(const Y& y) {}
    Y() {}//必須為Y提供默認的構造函數，否則編譯報錯
};
class X {
private:
    int i;
    int j;
    Y y;
};

int main() {
X x1;//先定義對象x1
X x2 = x1;//將x1拷貝給x2
}

下面是main函數中的匯編碼:

復制代碼代碼如下:

_main PROC

; 16 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 24                    ; 為x1 x2預留24byte的空間

; 17 : X x1;//先定義對象x1

lea ecx, DWORD PTR _x1$[ebp];獲取x1的首地址，作為隱含參數傳遞給構造函數
call ??0X@@QAE@XZ;調用構造函數

; 18 : X x2 = x1;//將x1拷貝給x2

    lea    eax, DWORD PTR _x1$[ebp];獲取x1的首地址，放入寄存器eax
    push    eax;將eax壓棧，為作為參數傳遞給編譯器提供的默認拷貝構造函數
    lea    ecx, DWORD PTR _x2$[ebp];獲取x2的首地址，作為隱含參數傳遞給編譯器提供的默認拷貝構造函數
    call    ??0X@@QAE@ABV0@@Z;調用拷貝構造函數

; 19 : }

    xor    eax, eax
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0
_main    ENDP

下面是編譯器為類X提供的默認拷貝構造函數的匯編碼:

復制代碼代碼如下:

??0X@@QAE@ABV0@@Z PROC                    ; X::X, COMDAT
; _this$ = ecx
    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx;壓棧的目的是為this(即x2的首地址)預留空間
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx里面含有x2的首地址，放入剛才預留的空間里面
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x2的首地址給eax
    mov    ecx, DWORD PTR ___that$[ebp];將x1的首地址給ecx
    mov    edx, DWORD PTR [ecx];將x1的首地址的內容寫入edx，即將x1中的成員變量i寫入edx
    mov    DWORD PTR [eax], edx;將edx的值寫入x2的首地址，即將edx的值寫入x2的成員變量i
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x2的首地址寫入寄存器eax
    mov    ecx, DWORD PTR ___that$[ebp];將x1的首地址寫入寄存器ecx
    mov    edx, DWORD PTR [ecx+4];將偏移x1首地址4byte處的內存里面的值寫入edx，即將x1的成員變量j的值寫入edx
    mov    DWORD PTR [eax+4], edx;將edx的值寫入偏移x2首地址4byte處的內存，即將edx的值寫入x2的成員變量j
    mov    eax, DWORD PTR ___that$[ebp];將x1的首地址存入寄存器eax
    add    eax, 8;//將x1的首地址加8，得到x1中成員對象y所處的地址，放入eax中
    push    eax;將eax的值壓棧，作為調用成員變量y的拷貝函數的參數
    mov    ecx, DWORD PTR _this$[ebp];將x2的首地址存入寄存器ecx
    add    ecx, 8;將x2的首地址加8，得到x2中成員對象y所在地址，放入ecx，這個地址作為隱含的參數傳給成員變量函數的拷貝構造函數
    call    ??0Y@@QAE@ABV0@@Z            ; 調用成員對象y的拷貝構造函數
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x2的首地址放入eax，作為返回值。構造函數總是返回對象的首地址
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    4
??0X@@QAE@ABV0@@Z ENDP

從匯編嗎可以看到，調用類X拷貝構造函數的時候，先將x1中的成員變量i，j拷貝到x2中，然后才是調用成員對象y的拷貝構造函數拷貝y中的成員變量。這和繼承不同，在繼承中，總是先調用父類的拷貝構造函數，再進行子類中的拷貝。這說明，對于這種包含成員對象的情況，成員對象的拷貝函數調用時機與他們定義的位置有關。在這里，類X的成員對象y在成員變量i，j之后定義，因此，它的拷貝構造函數要等拷貝完i，j之后才會被調用。

下面是類Y中的拷貝構造函數匯編代碼:

復制代碼代碼如下:

??0Y@@QAE@ABV0@@Z PROC ; Y::Y, COMDAT
; _this$ = ecx

; 6 : Y(const Y& y) {}

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    push    ecx;壓棧ecx的目的是為了存放this(x2中成員對象y的首地址)預留空間
    mov    DWORD PTR _this$[ebp], ecx;ecx里面有x2中成員對象y的首地址，放入剛才的預留空間
    mov    eax, DWORD PTR _this$[ebp];將x2中成員變量首地址放入eax，作為返回值。構造函數總是返回對象首地址
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    4
??0Y@@QAE@ABV0@@Z ENDP

從代碼中可以看到，由于類Y顯示定義了拷貝構造函數，編譯器也只是負責顯示調用，并沒有提供任何的拷貝功能。因為在類Y中，拷貝構造函數就是被定義成了一個空函數

和繼承一樣，如果成員對象也沒有拷貝構造函數呢？

下面是c++源碼:

復制代碼代碼如下:

class Y {
private:
int j;

};
class X {
private:
    int i;
    int j;
    Y y;
};

int main() {
X x1;//先定義對象x1
X x2 = x1;//將x1拷貝給x2
}

下面是對象的匯編碼:

復制代碼代碼如下:

_main PROC

; 14 : int main() {

    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 24                    ; 00000018H

; 15 : X x1;//先定義對象x1
; 16 : X x2 = x1;//將x1拷貝給x2

    mov    eax, DWORD PTR _x1$[ebp];將x1中首地址的內容寫入eax，即將x1中的成員變量值i寫入eax
    mov    DWORD PTR _x2$[ebp], eax;將eax的值寫入x2的首地址處，即將eax的值寫入x2的成員變量i
    mov    ecx, DWORD PTR _x1$[ebp+4];將偏移x1首地址4byte處的內存里面的內容寫入ecx，即將x1中成員變量j的值寫入ecx
    mov    DWORD PTR _x2$[ebp+4], ecx;將ecx的值寫入偏移x2首地址4byte處的內存，即將ecx的值寫入x2中成員變量j
    mov    edx, DWORD PTR _x1$[ebp+8];將偏移x1首地址8byte處(這里是x1成員對象y的首地址)的內存值寫入edx，即將x1中成員對象y中的成員變量i值寫入edx
    mov    DWORD PTR _x2$[ebp+8], edx;將edx的值寫入偏移x2首地址8byte處(這里是x2成員對象y的首地址)的內存里面，即將edx的值寫入x2中成員對象y的成員變量i里面

從匯編嗎可以看出，編譯器在這種情況下任然只是提供無用的默認拷貝構造函數，即沒有顯示的函數調用，只是用寄存器和內存之間的通信完成拷貝過程

綜合上面的分析，可以看到：

對于一個類，如果它沒有顯示定義拷貝構造函數，編譯器并不總是提供非無用的默認拷貝構造函數，除非:

1 該類包含虛函數成員函數(包括繼承自虛基類或者繼承的基類中有虛函數成員),這時編譯器提供為該類提供非無用的默認拷貝構造函數

2 該類繼承自一個基類，而基類含有自定義的拷貝函數，這時編譯器為該類提供非無用的默認拷貝構造函數。(如果基類本身沒有定義拷貝構造函數，但是編譯器會為基類提供一個非無用的默認拷貝構造函數，也屬于這種情況。也就是說，基類只要含有一個非無用的拷貝構造函數就行，不管這個非無用的拷貝構造函數是自定義的，還是編譯器提供的)

3 該類包含一個成員對象，而該成員對象有自定的拷貝構造函數，這時編譯器為該類提供非無用的默認拷貝構造函數。(如果成員對象本身沒有定義拷貝構造函數，但是編譯器會為成員對象提供一個非無用的默認拷貝構造函數，也屬于這種情況。也就是說，成員對象只要包含一個非無用的拷貝構造函數就行，不管這個非無用的拷貝構造函數時自定義的，還是編譯器提供的。這中情況和上一種類似).

并且，如果一個類自定義了一個拷貝構造函數，編譯器只是負責調用，不會額外提供任何拷貝過程；而對于編譯器提供的默認拷貝函數，不管是無用的，還是非無用的，都僅僅只是位拷貝(即淺拷貝).

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