C++(14.5)——再谈拷贝构造与深浅拷贝

? ? ? ?上篇文章中，通过模拟的方式完成了类对象中常用的函数。在本篇文章中，将通过一个例子来进一步说明拷贝构造与深浅拷贝。

目录

1.再谈深浅拷贝与拷贝构造：

2. 流插入与流提取：?

2.1 流插入：

2.2 流提取：

3. 深拷贝再优化：

---

(注:本文需要使用上一篇文章中模拟实现关于类的函数）

1.再谈深浅拷贝与拷贝构造：

例子如下：

string str("https://legacy.cplusplus.com/");
		string sub1, sub2, sub3;
		size_t pos1 = str.find(':');
		sub1 = str.substr(0, pos1 - 0);
		cout << sub1.c_str() << endl;

		size_t pos2 = str.find('/', pos1 + 3);
		sub2 = str.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));
		cout << sub2.c_str() << endl;

		sub3 = str.substr(pos2 + 1);
		cout << sub3.c_str() << endl;

上述代码的目的是将中存储的网址进行分隔。但是当运行代码时，编译器会显示错误：

引起错误的根源在于下面给出的代码：

sub1 = str.substr(0, pos1 - 0);

对于代码如下：

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);
			size_t end = pos + len;
			if (len == npos || pos + len >= _size)
			{
				end = _size;
			}
			string str;
			str.reserve(end - pos);
			for (size_t i = pos; i < end; i++)
			{
				str += _str[i];
			}
			return str;
		}

? ? ? ?通过上述代码，不难得出其整体逻辑为：函数返回类型的对象，作为右操作数用来给赋值。由于函数的返回值不是引用返回，所以，函数并没有返回本身，而是返回的一个临时拷贝，为了方便描述，这里命名为。并且，在模拟实现的整个过程中并没有人为编写拷贝构造函数，因此，对于的拷贝是一个浅拷贝。

? ? ? 对于浅拷贝也就是简单的值拷贝，者导致了,中的指针_指向同一块空间，即：

?当函数结束时，会自动调用析构函数来释放中开辟的空间，但是，此时依旧指向了被清理的空间，因此是一个野指针，当作为返回值用于给赋值时，会因为野指针问题而引起错误。

为了避免上述错误，需要将拷贝构造的方式由浅拷贝改为深拷贝，所以需要人为编写拷贝构造函数。对于深拷贝，即不但需要对某些类型的变量完成值拷贝，还需要将变量中的资源一并进行拷贝，具体代码如下：

string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
			_capacity = s._capacity;
			_size = s._size;
		}

对于用给赋值，同样也有浅拷贝的问题，因此，需要按照深拷贝的思想，来人为编写一个运算符重载，具体步骤如下：

假设传递的参数为，则先开辟一块新的空间，内部内容与参数均和相同，然后通过来释放，最后，让赋值给，具体操作如下：

string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)
			{
				char* tmp = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(tmp, s._str);
				delete[]_str;
				_str = tmp;

				_capacity = s._capacity;
				_size = s._size;
			}
			return *this;
		}

再有了上述两个函数后，对于文章一开始给出的代码就可以正常运行，运行结果如下：

2. 流插入与流提取：?

2.1 流插入：

在上一篇文章中，针对输出类型的对象时，是通过一个函数来返回对象中存储字符串的指针_，在外部通过函数对返回的指针进行打印，即：

const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

上述方式并没有直接通过运算符重载让直接对对象进行打印，对于运算符重载的代码如下：

ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}
		return out;
	}

对于流插入的运算符重载，原理较为简单，因此不做解释。

通过下面的代码对于流插入的功能进行测试：
?

void test5string()
	{
		string s1("hello world");

		cout << s1 << endl;

测试结果如下：

2.2 流提取：

对于流提取的运算符重载，其代码实现方式如下：

istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		char ch;
		in >> ch;
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			s += ch;
			in >> ch;
		}

		return in;
	}

通过下面的代码对流提取功能进行测试：

运行代码，此时发现，流插入的过程并不会自动结束，而是无限循环下去：

并且，即使是人为手动输入换行符或者空格，流提取的过程也不会结束。造成上述错误的原因，是因为在函数传参时，两个参数分别是操作符，为了区分，在函数中通过引用更名为。对于或者并不能识别或者说获取空格或者换行。例如对于下面的代码：

char ch1, ch2;

		cin >> ch1 >> ch2;
		cout << ch1 << ch2;

(注:这里的并不是运算符重载的流提取，而是库中的?）

运行代码，向两个字符变量中依次插入下面的字符：

输出结果如下：

为了解决此问题，可以使用语言中的或者中的来解决。具体操作如下：

istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		char ch;
		ch = in.get();
		while ( ch !=' '&& ch != '\n')
		{
			s += ch;
			ch = in.get();
		}

		return in;
	}

利用下面的代码来测试流提取的功能：

void test7string()
	{
		string s1;
		cin >> s1;
		cout << s1;
	}

输入内容如下：


?输出如下：

在上面给出的流提取运算符重载中，如果提取到的字符为空或者是换行符，则循环终止。从结果可以看出，当输入空格，这一串字符时，结果只输出了，说明通过使用的方式成功的拿到了空格。

如果，针对一个类型的变量连续使用两次流提取，即：

void test7string()
	{
		string s1;
		cin >> s1;
		cout << "第一次流提取:";
		cout << s1<<endl;
		
		cin >> s1;
		cout << endl;
		cout << "第二次流提取:";
		cout << s1;

	}

运行效果如下：

不难发现，针对一个类型的对象进行两次输入时，第二次的仍然保留了第一次的输入。并不符合的功能，为了解决上述问题，需要额外再引进一个函数，在进行流提取之前，清理对象中的内容，即:

void clear()
		{
			_size = 0;
			_str[0] = '\0';

		}

在给定了清理函数后，对流提取的运算符重载再进行改进，即：
?

istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char ch;
		ch = in.get();
		while ( ch !=' '&& ch != '\n')
		{
			s += ch;
			ch = in.get();
		}

		return in;
	}

再次运行代码，此时针对一个对象进行两次输入的结果为：

对于流提取，其作用过程通过前面的运算符重载来实现，而此运算符重载中需要调用函数_。这个函数都需要在插入前检查空间是否足够，不足则取调用函数进行扩容。假设，针对一个对象输入长度很长的字符串，即：

针对上述一个长度很长的字符产，需要不断的取调用函数进行扩容。即使人为在流提取之前手动开辟一块空间，空间的大小也不好确定。为了解决上述问题，引入下面的代码解决：
?

istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char tmp[128];
		char ch = in.get();
		int i = 0;
		while ( ch !=' '&& ch != '\n')
		{
			tmp[i++] = ch;
			if (i == 127)
			{
				tmp[i] = '\0';
				s += tmp;
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}

		if (i > 0)
		{
			tmp[i] = '\0';
			s += tmp;
		}

		return in;
	}

上述代码中，创建了一个能存储字符的字符数组，在利用获取字符后，不会直接向中进行添加，而是先向插入，当数组的下标等于时，向数组中最后一个位置插入\。再一次性插入到中。如果数组中字符的下标最终小于，则会通过下面的代码进行判断，再一次性插入。这种方法针对于输入很长的内容的情况，减少了调用扩容函数的次数。

3. 深拷贝再优化：

? ? ? ?对于文章开头给出拷贝构造，假设需要利用类型对象对进行拷贝构造，即：则整体的动作过程为：
? ? ? ?让开辟与大小相同的空间，然后把中的内容拷贝到中。

? ? ? ?但是对于拷贝构造，还有一种更为简化的编写方法，即：

string(const string& s)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}

直接通过构造函数，构建一个临时对象，其中中的容量，大小，以及内容均与相同。再通过交换函数来交换指针指向的对象以及二者的的资源。

而对于上面赋值的深拷贝，其简化的编写方法为：

string& operator=( string s)
		{
			swap(s);
			return *this;
		}

直接通过交换函数交换，指针指向对象的资源，然后再返回即可。

4. 模式实现的代码：
?

#include<assert.h>
#include<iostream>
using namespace std;

namespace violent
{
	class string
	{
	public:
		string(const char* str ="")
		{
			_capacity = strlen(str);
			_size = _capacity;
			_str = new char[_size + 1];

			strcpy(_str, str);
		}

		/*string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
			_capacity = s._capacity;
			_size = s._size;
		}*/

		string(const string& s)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}
		string& operator=( string s)
		{
			swap(s);
			return *this;
		}

		/*string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)
			{
				char* tmp = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(tmp, s._str);
				delete[]_str;
				_str = tmp;

				_capacity = s._capacity;
				_size = s._size;
			}
			return *this;
		}*/

		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;

		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}

		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		const char& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos <= _size);

			return _str[pos];
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[]_str;
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}

		void push_back(char ch)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newcapacity);
			}

			_str[_size] = ch;
			_size++;
			_str[_size] = '\0';
		}

		void append(const char* s)
		{
			size_t len = strlen(s);

			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);

			}
			strcpy(_str + _size, s);
			_size += len;
		}

		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}

		string& operator+=(const char* s)
		{
			append(s);
			return *this;
		}
		
		void insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <  _size);
				if(_size == _capacity)
				{
					size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
					reserve(newcapacity);
				}

				int end = _size;
				while (end >=(int)pos)
				{
					_str[end + 1] = _str[end];
					end--;
				}
				_str[pos] = ch;
				_size++;
		}

		void insert(size_t pos, const char* s)
		{
			assert(pos < _size);
			size_t len = strlen(s);
			
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			int end = _size;
			while (end >= pos + len)
			{
				_str[end + 1] = _str[end];
				end--;
			}
			strncpy(_str + pos, s,len);
			_size += len;

		}

		const static size_t npos = -1;

		void erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			    assert(pos < _size);
				if (len >= npos || pos + len >= _size)
				{
					_str[pos] = '\0';
					_size = pos;
				}
				else
				{
					strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
					_size -= len;
				}
		}

		void swap(string& s1)
		{
			std::swap(_str, s1._str);
			std::swap(_size, s1._size);
		    std::swap(_capacity, s1._capacity);
		}

		size_t find(char ch, size_t pos = 0)
		{
			assert(pos < _size);
			size_t end = _size;

			for (size_t i = pos; i < end; i++)
			{
				if (_str[i] == 'ch')
				{
					return i;
				}
			}
			return npos;
		}

		size_t find(const char* s, size_t pos = 0)
		{
			assert(pos < _size);

			const char* str = strstr(_str + pos, s);
			if (str == nullptr)
			{
				return npos;
			}
			else
			{
				return str - _str;
			}
		}

	

		string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);
			size_t end = pos + len;
			if (len == npos || pos + len >= _size)
			{
				end = _size;
			}
			string str;
			str.reserve(end - pos);
			for (size_t i = pos; i < end; i++)
			{
				str += _str[i];
			}
			return str;
		}

		void clear()
		{
			_size = 0;
			_str[0] = '\0';

		}
		~string()
		{
			delete[]_str;
			_str = nullptr;
			_size = 0;
			_capacity = 0;
		}
	private:
		char* _str = nullptr;
		size_t _capacity = 0;
		size_t _size = 0;
	};

	
	void print_str(const string& s)
	{
		for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
		{
			cout << s[i] << ' ';
		}

		string::const_iterator it2 = s.begin();

		while (it2 != s.end())
		{
			cout << *it2 << ' ';
			it2++;
		}

	}

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}
		return out;
	}

	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char tmp[128];
		char ch = in.get();
		int i = 0;
		while ( ch !=' '&& ch != '\n')
		{
			tmp[i++] = ch;
			if (i == 127)
			{
				tmp[i] = '\0';
				s += tmp;
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}

		if (i > 0)
		{
			tmp[i] = '\0';
			s += tmp;
		}

		return in;
	}

	void test1string()
	{
		string s1;
		string s2("hello world");
		cout << s1.c_str() << endl;
		cout << s2.c_str() << endl;
		cout << endl << endl << endl;

		cout << "测试[]的访问功能;";
		for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
		{
			cout << s2[i] << ' ';
			i++;
		}
		cout << endl;
		cout << "测试[]对于返回值的修改功能:";
		for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
		{
			s2[i]++;
			cout << s2[i] << ' ';
		}

		cout << endl;
		cout << "测试迭代器访问:";
		string::iterator it1 = s2.begin();
		while (it1 != s2.end())
		{
			cout << *it1 << ' ';
			it1++;
		}

		cout << endl << endl << endl;
		cout << "print_str测试:";
		print_str(s2);
	}

	void test2string()
	{
		string s2("hello world");
		cout << s2.c_str() << endl;

		s2 += 'x';
		cout << s2.c_str() << endl;

		s2 += "yyyyyy";
		cout << s2.c_str() << endl;

		cout << endl << endl;
		s2.insert(0, 'a');
		cout << s2.c_str() << endl;

		s2.insert(3, "wwwww");
		cout << s2.c_str() << endl;
	}

	void test3string()
	{
		string s3("hello world");

		s3.erase(5, 3);
		cout << s3.c_str() << endl;

		string s4("hello world");
		s4.erase(5, 100);
		cout << s4.c_str() << endl;	
	}

	void test4string()
	{
		string s1("hello world");
		cout << s1.c_str() << endl;
		string s2("hahaha");

		string s3(s1);
		cout << s3.c_str() << endl;

		s1 = s2;
		cout << s1.c_str() << endl;
	}

	void test5string()
	{
		string s1("hello world");

		cout << s1 << endl;
		string s2;
		cin >> s1 ;
		cout << s1;
	}

	void test6string()
	{
		string str("https://legacy.cplusplus.com/");
		string sub1, sub2, sub3;
		size_t pos1 = str.find(':');
		sub1 = str.substr(0, pos1 - 0);
		cout << sub1.c_str() << endl;

		size_t pos2 = str.find('/', pos1 + 3);
		sub2 = str.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));
		cout << sub2.c_str() << endl;

		sub3 = str.substr(pos2 + 1);
		cout << sub3.c_str() << endl;
	}

	void test7string()
	{
		string s1;
		cin >> s1;
		cout << "第一次流提取:";
		cout << s1<<endl;
		
		cin >> s1;
		cout << endl;
		cout << "第二次流提取:";
		cout << s1;

	}

}

?

#include"string.h"

int main()
{
	violent::test7string();

	return 0;
}