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C++ 拷貝建構函式深度理解：淺拷貝陷阱與深拷貝實作

編輯：C++ 入門

問題場景：預設拷貝的災難

#include <cstring>
using namespace std;

class Name {
    char *str;
public:
    Name(const char *n) {
        str = new char[strlen(n) + 1];
        strcpy(str, n);
    }
    ~Name() { delete[] str; }
};

int main() {
    Name a("peter");
    if (true) {
        Name b = a;  // 呼叫預設拷貝建構（淺拷貝）
    }  // b 解構，釋放 str 記憶體
    // a 解構，再次釋放同一記憶體 → 雙重釋放崩潰！
    return 0;
}

錯誤分析

階段	預設拷貝行為	後果
建構 a	分配記憶體，str 指向 "peter"	正常
拷貝建構 b	逐位元複製 str 指標值	a.str == b.str，指向同一塊記憶體
b 解構	delete[] str	記憶體被釋放，a.str 變成野指標
a 解構	delete[] str	雙重釋放，未定義行為，程式崩潰

解決方案：深拷貝建構函式

#include <cstring>
using namespace std;

class Name {
    char *str;
public:
    // 一般建構
    Name(const char *n) {
        str = new char[strlen(n) + 1];
        strcpy(str, n);
    }
    
    // 深拷貝建構函式
    Name(const Name& other) {
        str = new char[strlen(other.str) + 1];
        strcpy(str, other.str);  // 分配新記憶體並複製內容
    }
    
    ~Name() { delete[] str; }
};

int main() {
    Name a("peter");
    if (true) {
        Name b = a;  // 呼叫深拷貝建構
    }  // b 解構，釋放自己的記憶體
    // a 解構，釋放自己的記憶體 → 正常！
    return 0;
}

執行流程對比

【深拷貝版本】
Name a("peter");     // 建構 1 次
Name b = a;          // 拷貝建構 1 次（分配新記憶體）
}                    // b 解構 1 次（釋放 b.str）
}                    // a 解構 1 次（釋放 a.str）
總計：建構 2 次，解構 2 次，記憶體獨立管理，零錯誤

三大法則 / 五大法則

若類別管理資源（動態記憶體、檔案控制代、Socket 等），必須自定義：

C++98 三大法則

拷貝建構函式
拷貝賦值運算子
解構函式

C++11 五大法則（+ 移動語義）

拷貝建構函式
拷貝賦值運算子
移動建構函式
移動賦值運算子
解構函式

完整實作範例（含賦值運算子）

class Name {
    char *str;
public:
    Name(const char *n) : str(nullptr) {
        if (n) {
            str = new char[strlen(n) + 1];
            strcpy(str, n);
        }
    }
    
    // 拷貝建構
    Name(const Name& other) : str(nullptr) {
        if (other.str) {
            str = new char[strlen(other.str) + 1];
            strcpy(str, other.str);
        }
    }
    
    // 拷貝賦值（複製並交換慣用語）
    Name& operator=(Name other) {  // 參數傳值，自動拷貝
        swap(str, other.str);        // 交換資源
        return *this;                // other 解構時釋放舊資源
    }
    
    // 移動建構 (C++11)
    Name(Name&& other) noexcept : str(other.str) {
        other.str = nullptr;
    }
    
    // 移動賦值 (C++11)
    Name& operator=(Name&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            delete[] str;
            str = other.str;
            other.str = nullptr;
        }
        return *this;
    }
    
    ~Name() { delete[] str; }
};