C++ Primer 筆記：構造函數與拷貝構造（深拷貝 vs 淺拷貝）

構造函數與拷貝控制是 C++ 類設計的基石。本文通過實例講解構造函數特性、淺拷貝陷阱、深拷貝實現及現代 C++ 最佳實踐。

1. 構造函數基礎

• 同名於類，無返回類型，用於初始化對象成員
• 可重載，通過參數列表區分調用版本
• 不能聲明為 const 或 virtual（析構函數可虛）
• 若用戶聲明了任意構造函數，編譯器不再生成默認構造函數
• 初始化列表：唯一初始化 const、引用成員及基類子對象的方式，性能優於構造函數體內賦值

2. 淺拷貝缺陷演示

類包含指針成員時，默認拷貝構造函數執行逐位拷貝（淺拷貝），導致多個對象共享同一塊堆內存：

class Person {
public:
    Person(int n, const string& str) : age(n), name(new string(str)) {}
    ~Person() { delete name; }
private:
    int age;
    string* name;  // 動態分配
};

int main() {
    Person p1(10, "SCOTT");
    Person p2 = p1;  // 調用默認拷貝構造：淺拷貝 name 指針
    return 0;  // p2、p1 依次析構，雙重 delete 同一地址 → 崩潰
}

運行結果：

Init Person
~Person name: SCOTT age: 10
Segmentation fault (core dumped)

3. 深拷貝正確實現

自定義拷貝構造函數，為指針成員分配新內存並複製內容：

Person(const Person& other) {
    if (other.name) {
        name = new string(*other.name);  // 深拷貝字符串內容
        age = other.age;
    } else {
        name = nullptr;
        age = 0;
    }
}

現在每個對象擁有獨立的 string 堆內存，析構時互不干擾。

4. 三/五法則

原則：若類管理資源（堆內存、文件句柄、Socket 等），必須顯式實現上述操作；否則改用智能指針（unique_ptr/shared_ptr）或標準容器，讓編譯器合成的操作自動正確（Rule of Zero）。

5. 現代 C++ 最佳實踐

class Person {
public:
    Person(int n, string str) : age(n), name(std::make_unique<string>(std::move(str))) {}
    // 無需顯式聲明拷貝/移動/析構，unique_ptr 自動管理
    // 若需拷貝語義，改用 shared_ptr 或實現深拷貝
private:
    int age;
    std::unique_ptr<string> name;  // 單一所有權，禁止拷貝，允許移動
};

• 優先使用 std::unique_ptr 表達獨占所有權，std::shared_ptr 表達共享所有權
• 避免裸指針管理資源，將資源封裝在 RAII 類中
• 若確需自定義拷貝，參考 Copy-and-swap 慣用語 實現強異常安全

6. 總結

1. 淺拷貝只複製指針值，導致多重釋放或數據競爭
2. 深拷貝分配新內存並複製內容，保證對象獨立性
3. C++11 移動語義讓資源轉移高效安全，結合智能指針可大幅減少樣板代碼
4. 理解對象生命週期與所有權模型，是寫出健壯 C++ 代碼的關鍵