• ¿Qué significa copiar un objeto ?
• ¿Cuáles son el constructor de copia y el operador de asignación de copia ?
• ¿Cuándo debo declararlos yo mismo?
• ¿Cómo puedo evitar que se copien mis objetos?

Introducción

C ++ trata las variables de tipos definidos por el usuario con semántica de valores . Esto significa que los objetos se copian implícitamente en varios contextos, y debemos entender lo que realmente significa "copiar un objeto".

Permítanos considerar un ejemplo sencillo:

class person
{
    std::string name;
    int age;

public:

    person(const std::string& name, int age) : name(name), age(age)
    {
    }
};

int main()
{
    person a("Bjarne Stroustrup", 60);
    person b(a);   // What happens here?
    b = a;         // And here?
}

(Si está desconcertado por la name(name), age(age)parte, esto se llama una lista de inicializador de miembros ).

Funciones especiales para miembros

¿Qué significa copiar un personobjeto? La mainfunción muestra dos escenarios de copia distintos. La inicialización person b(a);es realizada por el constructor de la copia . Su trabajo es construir un objeto nuevo basado en el estado de un objeto existente. La asignación la b = arealiza el operador de asignación de copia . Su trabajo es generalmente un poco más complicado, porque el objeto de destino ya está en algún estado válido que necesita ser tratado.

Como no declaramos a nosotros ni el constructor de la copia ni el operador de asignación (ni el destructor), estos se definen implícitamente para nosotros. Cita del estándar:

El constructor de [...] copia y el operador de asignación de copia, [...] y el destructor son funciones miembro especiales. [ Nota : La implementación declarará implícitamente estas funciones miembro para algunos tipos de clase cuando el programa no las declare explícitamente. La implementación los definirá implícitamente si se usan. [...] nota final ] [n3126.pdf sección 12 §1]

Por defecto, copiar un objeto significa copiar sus miembros:

El constructor de copia implícitamente definido para una clase X sin unión realiza una copia miembro de sus subobjetos. [n3126.pdf sección 12.8 §16]

El operador de asignación de copia definido implícitamente para una clase X no sindicalizada realiza la asignación de copia miembro de sus subobjetos. [n3126.pdf sección 12.8 §30]

Definiciones implícitas

Las funciones de miembro especiales definidas implícitamente para persontener este aspecto:

// 1. copy constructor
person(const person& that) : name(that.name), age(that.age)
{
}

// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
    name = that.name;
    age = that.age;
    return *this;
}

// 3. destructor
~person()
{
}

La copia a nivel de miembro es exactamente lo que queremos en este caso: namey agese copian, por lo que obtenemos un objeto autónomo e independiente person. El destructor definido implícitamente siempre está vacío. Esto también está bien en este caso ya que no adquirimos ningún recurso en el constructor. Los destructores de los miembros se invocan implícitamente después de que el persondestructor finaliza:

Después de ejecutar el cuerpo del destructor y destruir los objetos automáticos asignados dentro del cuerpo, un destructor para la clase X llama a los destructores para los miembros directos de X [n3126.pdf 12.4 §6]

Administrar recursos

Entonces, ¿cuándo debemos declarar explícitamente esas funciones miembro especiales? Cuando nuestra clase gestiona un recurso , es decir, cuando un objeto de la clase es responsable de ese recurso. Eso generalmente significa que el recurso se adquiere en el constructor (o se pasa al constructor) y se libera en el destructor.

Regresemos en el tiempo a C ++ preestándar. No existía tal cosa std::string, y los programadores estaban enamorados de los punteros. La personclase podría haberse visto así:

class person
{
    char* name;
    int age;

public:

    // the constructor acquires a resource:
    // in this case, dynamic memory obtained via new[]
    person(const char* the_name, int the_age)
    {
        name = new char[strlen(the_name) + 1];
        strcpy(name, the_name);
        age = the_age;
    }

    // the destructor must release this resource via delete[]
    ~person()
    {
        delete[] name;
    }
};

Incluso hoy, la gente todavía escribe clases en este estilo y se mete en problemas: " ¡Empujé a una persona a un vector y ahora tengo errores de memoria locos! " Recuerde que, de forma predeterminada, copiar un objeto significa copiar a sus miembros, pero copiar al namemiembro simplemente copia un puntero, no el conjunto de caracteres al que apunta. Esto tiene varios efectos desagradables:

1. Los cambios a través de ase pueden observar a través de b.
2. Una vez que bse destruye, a.namees un puntero que cuelga.
3. Si ase destruye, eliminar el puntero colgante produce un comportamiento indefinido .
4. Dado que la asignación no tiene en cuenta lo que nameseñalaba antes de la asignación, tarde o temprano obtendrá pérdidas de memoria por todas partes.

Definiciones explícitas

Como la copia a nivel de miembro no tiene el efecto deseado, debemos definir el constructor de copia y el operador de asignación de copia explícitamente para hacer copias profundas de la matriz de caracteres:

// 1. copy constructor
person(const person& that)
{
    name = new char[strlen(that.name) + 1];
    strcpy(name, that.name);
    age = that.age;
}

// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
    if (this != &that)
    {
        delete[] name;
        // This is a dangerous point in the flow of execution!
        // We have temporarily invalidated the class invariants,
        // and the next statement might throw an exception,
        // leaving the object in an invalid state :(
        name = new char[strlen(that.name) + 1];
        strcpy(name, that.name);
        age = that.age;
    }
    return *this;
}

Tenga en cuenta la diferencia entre inicialización y asignación: debemos derribar el estado anterior antes de asignar a namepara evitar pérdidas de memoria. Además, tenemos que protegernos contra la autoasignación del formulario x = x. Sin esa verificación, delete[] namesería eliminar la matriz que contiene la fuente de la cadena, porque cuando se escribe x = x, tanto this->namey that.namecontener el mismo puntero.

Seguridad de excepción

Desafortunadamente, esta solución fallará si new char[...]arroja una excepción debido al agotamiento de la memoria. Una posible solución es introducir una variable local y reordenar las declaraciones:

// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
    char* local_name = new char[strlen(that.name) + 1];
    // If the above statement throws,
    // the object is still in the same state as before.
    // None of the following statements will throw an exception :)
    strcpy(local_name, that.name);
    delete[] name;
    name = local_name;
    age = that.age;
    return *this;
}

Esto también se encarga de la autoasignación sin una verificación explícita. Una solución aún más robusta para este problema es el modismo de copiar e intercambiar , pero no entraré aquí en los detalles de seguridad de excepción. Solo mencioné excepciones para hacer el siguiente punto: Escribir clases que administren recursos es difícil.

Recursos no cobrables

Algunos recursos no pueden o no deben copiarse, como los identificadores de archivos o mutexes. En ese caso, simplemente declare el constructor de copia y el operador de asignación de copia como privatesin dar una definición:

private:

    person(const person& that);
    person& operator=(const person& that);

Alternativamente, puede heredarlos boost::noncopyableo declararlos como eliminados (en C ++ 11 y superior):

person(const person& that) = delete;
person& operator=(const person& that) = delete;

La regla de tres

A veces necesita implementar una clase que gestione un recurso. (Nunca administre múltiples recursos en una sola clase, esto solo provocará dolor). En ese caso, recuerde la regla de tres :

Si necesita declarar explícitamente el destructor, el constructor de copia o el operador de asignación de copia usted mismo, probablemente deba declarar explícitamente los tres.

(Desafortunadamente, esta "regla" no es aplicada por el estándar C ++ ni por ningún compilador que conozca).

La regla de cinco

A partir de C ++ 11, un objeto tiene 2 funciones miembro especiales adicionales: el constructor de movimiento y la asignación de movimiento. La regla de cinco estados para implementar estas funciones también.

Un ejemplo con las firmas:

class person
{
    std::string name;
    int age;

public:
    person(const std::string& name, int age);        // Ctor
    person(const person &) = default;                // Copy Ctor
    person(person &&) noexcept = default;            // Move Ctor
    person& operator=(const person &) = default;     // Copy Assignment
    person& operator=(person &&) noexcept = default; // Move Assignment
    ~person() noexcept = default;                    // Dtor
};

La regla de cero

La regla de 3/5 también se conoce como la regla de 0/3/5. La parte cero de la regla establece que se le permite no escribir ninguna de las funciones especiales del miembro al crear su clase.

Consejo

La mayoría de las veces, no necesita administrar un recurso usted mismo, porque una clase existente como std::stringya lo hace por usted. Simplemente compare el código simple usando un std::stringmiembro con la alternativa enrevesada y propensa a errores usando a char*y debería estar convencido. Siempre y cuando se mantenga alejado de los miembros de puntero sin procesar, es poco probable que la regla de tres se refiera a su propio código.

La regla de tres es una regla general para C ++, básicamente diciendo

Si tu clase necesita alguno de

• un constructor de copias ,
• un operador de asignación ,
• o un destructor ,

definido explícitamente, entonces es probable que los necesite a los tres .

La razón de esto es que los tres generalmente se usan para administrar un recurso, y si su clase administra un recurso, generalmente necesita administrar la copia y la liberación.

Si no hay una buena semántica para copiar el recurso que administra su clase, considere prohibir la copia declarando (no definiendo ) el constructor de copia y el operador de asignación como private.

(Tenga en cuenta que la próxima nueva versión del estándar C ++ (que es C ++ 11) agrega semántica de movimiento a C ++, lo que probablemente cambiará la Regla de Tres. Sin embargo, sé muy poco sobre esto para escribir una sección C ++ 11 sobre la regla de tres.)

La ley de los tres grandes es como se especifica arriba.

Un ejemplo sencillo, en inglés simple, del tipo de problema que resuelve:

Destructor no predeterminado

Usted asignó memoria en su constructor y, por lo tanto, debe escribir un destructor para eliminarlo. De lo contrario, provocará una pérdida de memoria.

Se podría pensar que este es un trabajo hecho.

El problema será que, si se hace una copia de su objeto, la copia apuntará a la misma memoria que el objeto original.

Una vez, uno de estos elimina la memoria en su destructor, el otro tendrá un puntero a memoria no válida (esto se llama puntero colgante) cuando intenta usarlo, las cosas se pondrán difíciles.

Por lo tanto, usted escribe un constructor de copia para que asigne a los nuevos objetos sus propios pedazos de memoria para destruir.

Operador de asignación y constructor de copia

Asignó memoria en su constructor a un puntero miembro de su clase. Cuando copie un objeto de esta clase, el operador de asignación predeterminado y el constructor de copia copiarán el valor de este puntero miembro al nuevo objeto.

Esto significa que el nuevo objeto y el antiguo objeto apuntarán al mismo trozo de memoria, por lo que cuando lo cambie en un objeto, también se cambiará por el otro objeto. Si un objeto elimina esta memoria, el otro continuará tratando de usarlo - eek.

Para resolver esto, escriba su propia versión del constructor de copia y el operador de asignación. Sus versiones asignan memoria separada a los nuevos objetos y copian los valores a los que apunta el primer puntero en lugar de su dirección.

Básicamente, si tiene un destructor (no el destructor predeterminado) significa que la clase que definió tiene alguna asignación de memoria. Suponga que la clase es utilizada por algún código de cliente o por usted.

    MyClass x(a, b);
    MyClass y(c, d);
    x = y; // This is a shallow copy if assignment operator is not provided

Si MyClass solo tiene algunos miembros tipados primitivos, un operador de asignación predeterminado funcionaría, pero si tiene algunos miembros de puntero y objetos que no tienen operadores de asignación, el resultado sería impredecible. Por lo tanto, podemos decir que si hay algo que eliminar en el destructor de una clase, podríamos necesitar un operador de copia profunda, lo que significa que deberíamos proporcionar un constructor de copia y un operador de asignación.

¿Qué significa copiar un objeto? Hay algunas formas de copiar objetos: hablemos de los 2 tipos a los que probablemente se refiere: copia profunda y copia superficial.

Dado que estamos en un lenguaje orientado a objetos (o al menos así lo suponemos), supongamos que tiene un pedazo de memoria asignado. Como es un lenguaje OO, podemos referirnos fácilmente a fragmentos de memoria que asignamos porque generalmente son variables primitivas (ints, chars, bytes) o clases que definimos que están hechas de nuestros propios tipos y primitivas. Entonces, digamos que tenemos una clase de Car de la siguiente manera:

class Car //A very simple class just to demonstrate what these definitions mean.
//It's pseudocode C++/Javaish, I assume strings do not need to be allocated.
{
private String sPrintColor;
private String sModel;
private String sMake;

public changePaint(String newColor)
{
   this.sPrintColor = newColor;
}

public Car(String model, String make, String color) //Constructor
{
   this.sPrintColor = color;
   this.sModel = model;
   this.sMake = make;
}

public ~Car() //Destructor
{
//Because we did not create any custom types, we aren't adding more code.
//Anytime your object goes out of scope / program collects garbage / etc. this guy gets called + all other related destructors.
//Since we did not use anything but strings, we have nothing additional to handle.
//The assumption is being made that the 3 strings will be handled by string's destructor and that it is being called automatically--if this were not the case you would need to do it here.
}

public Car(const Car &other) // Copy Constructor
{
   this.sPrintColor = other.sPrintColor;
   this.sModel = other.sModel;
   this.sMake = other.sMake;
}
public Car &operator =(const Car &other) // Assignment Operator
{
   if(this != &other)
   {
      this.sPrintColor = other.sPrintColor;
      this.sModel = other.sModel;
      this.sMake = other.sMake;
   }
   return *this;
}

}

Una copia profunda es si declaramos un objeto y luego creamos una copia completamente separada del objeto ... terminamos con 2 objetos en 2 conjuntos completos de memoria.

Car car1 = new Car("mustang", "ford", "red");
Car car2 = car1; //Call the copy constructor
car2.changePaint("green");
//car2 is now green but car1 is still red.

Ahora hagamos algo extraño. Digamos que car2 está programado incorrectamente o intencionalmente para compartir la memoria real de la que está hecho car1. (Por lo general, es un error hacer esto y en las clases suele ser la cobija que se discute debajo). Suponga que cada vez que pregunta sobre car2, realmente está resolviendo un puntero al espacio de memoria de car1 ... eso es más o menos una copia superficial es.

//Shallow copy example
//Assume we're in C++ because it's standard behavior is to shallow copy objects if you do not have a constructor written for an operation.
//Now let's assume I do not have any code for the assignment or copy operations like I do above...with those now gone, C++ will use the default.

 Car car1 = new Car("ford", "mustang", "red"); 
 Car car2 = car1; 
 car2.changePaint("green");//car1 is also now green 
 delete car2;/*I get rid of my car which is also really your car...I told C++ to resolve 
 the address of where car2 exists and delete the memory...which is also
 the memory associated with your car.*/
 car1.changePaint("red");/*program will likely crash because this area is
 no longer allocated to the program.*/

Entonces, independientemente del idioma en el que esté escribiendo, tenga mucho cuidado con lo que quiere decir cuando se trata de copiar objetos porque la mayoría de las veces desea una copia profunda.

¿Cuáles son el constructor de copia y el operador de asignación de copia? Ya los he usado arriba. Se llama al constructor de copias cuando escribe código como Car car2 = car1; Esencialmente si declara una variable y la asigna en una línea, es entonces cuando se llama al constructor de copias. El operador de asignación es lo que sucede cuando usa un signo igual-- car2 = car1;. El aviso car2no se declara en la misma declaración. Es probable que los dos fragmentos de código que escriba para estas operaciones sean muy similares. De hecho, el patrón de diseño típico tiene otra función a la que llama para configurar todo una vez que está satisfecho, la copia / asignación inicial es legítima: si observa el código escrito a mano, las funciones son casi idénticas.

¿Cuándo debo declararlos yo mismo? Si no está escribiendo código que se va a compartir o para la producción de alguna manera, realmente solo necesita declararlos cuando los necesite. Debe saber qué hace el lenguaje de su programa si elige usarlo 'por accidente' y no creó uno, es decir, obtiene el compilador predeterminado. Raramente utilizo constructores de copia, por ejemplo, pero las anulaciones de operadores de asignación son muy comunes. ¿Sabía que también puede anular el significado de suma, resta, etc.?

¿Cómo puedo evitar que se copien mis objetos? Anular todas las formas en que se le permite asignar memoria para su objeto con una función privada es un comienzo razonable. Si realmente no desea que la gente los copie, puede hacerlo público y alertar al programador lanzando una excepción y tampoco copiando el objeto.

¿Cuándo debo declararlos yo mismo?

La Regla de los Tres establece que si declaras cualquiera de

1. constructor de copia
2. operador de asignación de copia
3. incinerador de basuras

entonces deberías declarar los tres. Surgió de la observación de que la necesidad de asumir el significado de una operación de copia casi siempre se derivaba de que la clase realizaba algún tipo de gestión de recursos, y eso casi siempre implicaba que

• cualquier gestión de recursos que se estaba haciendo en una operación de copia probablemente debía hacerse en la otra operación de copia y

• el destructor de clase también estaría participando en la gestión del recurso (generalmente soltándolo). El recurso clásico que se administraba era la memoria, y esta es la razón por la cual todas las clases de la Biblioteca estándar que administran la memoria (por ejemplo, los contenedores STL que realizan la administración dinámica de la memoria) declaran "los tres grandes": operaciones de copia y un destructor.

Una consecuencia de la regla de tres es que la presencia de un destructor declarado por el usuario indica que es improbable que la copia simple del miembro sea apropiada para las operaciones de copia en la clase. Eso, a su vez, sugiere que si una clase declara un destructor, las operaciones de copia probablemente no deberían generarse automáticamente, porque no harían lo correcto. En el momento en que se adoptó C ++ 98, la importancia de esta línea de razonamiento no se apreciaba completamente, por lo que en C ++ 98, la existencia de un destructor declarado por el usuario no tuvo impacto en la disposición de los compiladores para generar operaciones de copia. Ese sigue siendo el caso en C ++ 11, pero solo porque restringir las condiciones bajo las cuales se generan las operaciones de copia rompería demasiado código heredado.

¿Cómo puedo evitar que se copien mis objetos?

Declare el constructor de copia y el operador de asignación de copia como especificador de acceso privado.

class MemoryBlock
{
public:

//code here

private:
MemoryBlock(const MemoryBlock& other)
{
   cout<<"copy constructor"<<endl;
}

// Copy assignment operator.
MemoryBlock& operator=(const MemoryBlock& other)
{
 return *this;
}
};

int main()
{
   MemoryBlock a;
   MemoryBlock b(a);
}

En C ++ 11 en adelante también puede declarar que el constructor de copia y el operador de asignación han sido eliminados

class MemoryBlock
{
public:
MemoryBlock(const MemoryBlock& other) = delete

// Copy assignment operator.
MemoryBlock& operator=(const MemoryBlock& other) =delete
};


int main()
{
   MemoryBlock a;
   MemoryBlock b(a);
}

Muchas de las respuestas existentes ya tocan el constructor de copia, el operador de asignación y el destructor. Sin embargo, en post C ++ 11, la introducción del movimiento semántico puede expandir esto más allá de 3.

Recientemente, Michael Claisse dio una charla que toca este tema: http://channel9.msdn.com/events/CPP/C-PP-Con-2014/The-Canonical-Class

La regla de tres en C ++ es un principio fundamental del diseño y el desarrollo de tres requisitos que si hay una definición clara en una de las siguientes funciones miembro, entonces el programador debe definir las otras funciones miembros juntas. Es decir, las siguientes tres funciones miembro son indispensables: destructor, constructor de copia, operador de asignación de copia.

Copiar constructor en C ++ es un constructor especial. Se utiliza para construir un nuevo objeto, que es el nuevo objeto equivalente a una copia de un objeto existente.

El operador de asignación de copia es un operador de asignación especial que generalmente se usa para especificar un objeto existente a otros del mismo tipo de objeto.

Hay ejemplos rápidos:

// default constructor
My_Class a;

// copy constructor
My_Class b(a);

// copy constructor
My_Class c = a;

// copy assignment operator
b = a;