深度探索 C++ 對象模型（五）：複製構造函數與編譯器合成策略

上一篇探討合成預設構造函數，本篇繼續深入複製構造函數的運作細節。

什麼是複製構造函數？

複製構造函數形式為 X(X&)，參數為用戶自定義類型。當需要以一個對象內容初始化另一個同類對象時，編譯器會自動合成複製構造函數。主要三種情況：

1. 對象初始化：ClassA a; ClassA b = a;
2. 函數參數傳遞：以對象為參數傳入函數（按值傳遞）。
3. 函數返回值：函數返回類對象實例。

複製構造函數的分類

同預設構造函數，複製構造函數也分為 trivial（平凡）與 nontrivial（非平凡）兩類。若類未聲明複製構造函數，編譯器會隱含聲明一個，視情況合成。

經典案例：淺拷貝導致的災難

class Word {
public:
    Word(const char*);
    ~Word() { delete [] str; }
private:
    int cnt;
    char *str;
};

// 使用情境
Word noun("lsmodel");
void foo() {
    Word verb = noun; // 災難發生
}

因 verb 與 noun 指向同一字串，verb 析構時釋放記憶體，導致 noun 成懸空指標。

解決方案：成員對象擁有複製構造函數

class String {
public:
    String(const char*);
    String(const String&); // 複製構造函數
    ~String();
};

class Word {
public:
    Word(const String&);
    ~Word();
private:
    int cnt;
    String str; // String 類對象
};

此時編譯器為 Word 合成複製構造函數，調用 str 的複製構造函數：

inline Word::Word(const Word& wd) {
    str.String::String(wd.str);
    cnt = wd.cnt;
}

四種不採用位元逐次拷貝的情況

1. 類聲明了 explicit 複製構造函數。
2. 類繼承自擁有 explicit 複製構造函數的基類。
3. 類聲明了一個或多個虛函數。
4. 類派生自含有虛擬基類的繼承鏈。

前兩種由程式設計師控制，後兩種由編譯器為了正確初始化 vptr 或虛擬基類指標/偏移量而合成複製構造函數，執行 memberwise 初始化與記憶體相關工作。

總結

當對象以另一對象為初值時，編譯器會視情況合成複製構造函數，確保正確初始化。理解這四種非位元拷貝情況，有助於避免淺拷貝導致的資源管理錯誤。