C++ 学习（6）——浅复制与深复制

理解 C++ 中的浅复制与深复制：本质、区别与实践

在 C++ 中进行对象赋值或传参时，常常涉及“复制”操作。但复制并非简单的值传递——它背后隐藏着一对关键概念：浅复制（Shallow Copy）与深复制（Deep Copy）。

这两个概念对于管理资源、避免内存泄漏或悬挂指针等问题至关重要。本文将从本质概念、代码示例、内存模型、何时使用等方面全面解读。

一、复制的本质：值的复制 vs 指针的复制

在 C++ 中，默认的复制构造函数和赋值操作符执行的是浅复制，即对每个成员变量进行“逐位复制”。对于普通数据类型这没有问题，但当类中包含指针成员时，就必须谨慎对待。

二、什么是浅复制（Shallow Copy）？

浅复制是默认行为，它简单地复制对象中所有成员的值，包括指针本身的值（即内存地址），而不会复制指针所指向的内容。

🔸 示例：

class Shallow {
public:
    int* data;

    Shallow(int val) {
        data = new int(val);
    }

    // 使用默认的复制构造函数（浅复制）
    ~Shallow() {
        delete data;
    }
};

int main() {
    Shallow obj1(10);
    Shallow obj2 = obj1;  // 浅复制

    *obj2.data = 20;
    std::cout << *obj1.data << std::endl;  // 输出 20
}

🔸 问题：

obj1 和 obj2 的 data 指向 相同的地址。
当 obj1 和 obj2 被析构时，同一块内存被释放两次，导致程序崩溃（double free）。

三、什么是深复制（Deep Copy）？

深复制是对对象中所有资源的完全复制。对于指针，深复制会分配新的内存并复制原始数据内容，两个对象拥有独立的数据副本。

✅ 示例：

class Deep {
public:
    int* data;

    Deep(int val) {
        data = new int(val);
    }

    // 自定义复制构造函数（深复制）
    Deep(const Deep& other) {
        data = new int(*other.data);  // 分配新内存，复制值
    }

    ~Deep() {
        delete data;
    }
};

int main() {
    Deep obj1(10);
    Deep obj2 = obj1;  // 深复制

    *obj2.data = 20;
    std::cout << *obj1.data << std::endl;  // 输出 10
}

✅ 优点：

避免双重释放问题。
两个对象互不干扰，内存安全。

四、深复制需要实现哪些函数？

当类中包含指针成员时，必须手动实现如下三大函数（俗称“三五法则”或 Rule of Three）：

class MyClass {
private:
    int* data;

public:
    // 构造函数
    MyClass(int val) {
        data = new int(val);
    }

    // 自定义复制构造函数
    MyClass(const MyClass& other) {
        data = new int(*other.data);
    }

    // 自定义赋值操作符
    MyClass& operator=(const MyClass& other) {
        if (this == &other) return *this;  // 自赋值检查
        delete data;
        data = new int(*other.data);
        return *this;
    }

    // 析构函数
    ~MyClass() {
        delete data;
    }
};

五、浅复制 vs 深复制：对比表格

项目	浅复制	深复制
拷贝内容	指针地址（引用同一资源）	分配新内存并复制数据
数据独立性	否	是
内存管理风险	高（易 double delete）	低
系统默认行为	是	否（需自定义构造/赋值函数）
适用场景	资源共享但只读访问	独立资源或需要修改数据副本

六、何时需要深复制？

你应当在以下场景主动实现深复制：

类中包含动态分配的资源（如 new 分配的数组、结构体、句柄等）。
对象之间需要独立维护资源（比如图像拷贝、缓存数据等）。
存在生命周期交叉或所有权不清晰的指针数据。

七、现代 C++ 替代方案（推荐）

从 C++11 开始，推荐使用智能指针（如 std::unique_ptr, std::shared_ptr）管理资源，避免手动复制和释放指针资源：

#include <memory>

class Smart {
    std::unique_ptr<int> data;

public:
    Smart(int val) : data(std::make_unique<int>(val)) {}

    // 自动调用移动构造函数或拷贝构造（视 unique/shared 而定）
};

八、总结

浅复制是系统默认行为，快速但可能引发内存问题；
深复制通过显式实现复制构造函数与赋值运算符，确保资源独立；
理解并区分这两者对于 C++ 中的资源管理至关重要；
在现代 C++ 中，使用智能指针更安全可靠，大幅减少错误和代码复杂度。

posted @ 2025-07-13 10:21 seekwhale13 阅读(133) 评论(0) 收藏举报

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