CopyConstructor的构造操作

Copy Constructor 的构造操作

拷贝构造函数的作用

拷贝构造函数（Copy Constructor） 用于：

• 用一个已有对象初始化新对象
• 函数按值传参或返回对象时调用
• 显式拷贝对象

典型形式：

class A {
public:
    A(const A& rhs);
};

Default Memberwise Initialization

当一个类 没有提供显式拷贝构造函数 时，用同类型对象初始化新对象：

MyClass obj1;
MyClass obj2 = obj1; // 使用合成拷贝构造

内部机制

1. 编译器合成的拷贝构造函数会使用 default memberwise initialization
2. memberwise initialization 的含义：
   • 对象的每个 非静态成员都会被“逐个初始化”
   • 对于 内置类型成员（int、float、指针等），直接复制其值
   • 对于 成员对象（class 类型），递归调用其拷贝构造函数，而不是按位复制

也就是说，对象的每个成员会按照其类型逐个调用构造函数（内置类型直接复制，类类型递归调用拷贝构造），确保对象结构完整。

Bitwise Copy Semantics

当一个类 没有定义显式拷贝构造函数 时：

• 编译器可能会合成一个拷贝构造函数
• 前提条件：类 能够表现出 bitwise copy semantics（按位拷贝语义）

换句话说，如果类的成员或基类存在某些特性，使得按位拷贝会破坏对象完整性或多态行为，则 编译器不会合成拷贝构造，必须用户显式提供。

不支持按位拷贝的四种情况

类内含有一个成员对象，而该成员对象的类声明有拷贝构造

• 无论是用户显式声明还是编译器合成。
• 说明成员对象自身必须调用拷贝构造，不能按位拷贝。

struct Buffer {
    int* data;
    Buffer(const Buffer& rhs) { data = new int(*rhs.data); } // 显式拷贝构造
};

struct Container { 
    Buffer buf; 
};

Container c1{Buffer{42}};
Container c2 = c1; // 调用 Buffer 的拷贝构造

类继承自一个基类，而该基类存在拷贝构造

• 无论显式声明还是编译器合成。
• 派生类拷贝构造必须调用基类拷贝构造函数。

struct Base { 
    int x; 
    Base(const Base& rhs) : x(rhs.x) {} // 显式拷贝构造
};

struct Derived : Base { 
    int y; 
};

Derived d1;
Derived d2 = d1; // 调用 Base 的拷贝构造

类声明了一个或多个虚函数

• 对象中会有 vptr，按位拷贝会破坏虚函数表指针。

同类对象之间的拷贝

MyClass obj1;
MyClass obj2 = obj1; // 同类对象

• 如果类 可以表现出 bitwise copy semantics，编译器可以直接按位复制内存（bitwise copy）
• 内置类型、普通成员变量直接复制即可
• 类类型成员或有特殊行为的成员会递归调用其拷贝构造
• vptr 对象是同类对象，指向同一虚表，按位拷贝安全

基类对象拷贝派生类对象

Derived d;
Base b = d; // 基类对象用派生类对象初始化

• 发生 对象切片：只拷贝 Base 子对象
• vptr 必须重新设置，指向 Base 的虚表，而不能直接复制 Derived 的 vptr
• 否则虚函数调用可能错误
• 编译器生成的合成拷贝构造会安全处理 vptr 和基类子对象

类派生自继承链中有一个或多个虚基类

• 虚基类子对象由最派生类负责初始化
• 按位拷贝会破坏虚基类唯一性

同类对象拷贝

MyClass a;
MyClass b = a; // 同类对象

• 如果类可以 表现出 bitwise copy semantics，编译器可以按位复制内存（内置类型直接复制，成员对象递归调用拷贝构造）
• vptr 和虚基类不会破坏对象结构

基类对象拷贝派生类对象

struct VBase { int a; };
struct B : virtual VBase { int b; };
struct C : virtual VBase { int c; };
struct D : B, C { int d; };

D d;
B b = d; // 基类对象 B 用派生类 D 初始化

• b 是 新的 B 类型对象

• B 子对象 会被拷贝（按 B 的合成拷贝构造）

• 虚基类子对象（VBase）：
  • 在 B b 中，虚基类仍然是 自己的 VBase 子对象（B 对象内有一份 VBase 子对象）
  • 并 不是 D 内那一份 VBase 子对象

• 因此 b.a 和 d.a 是不同的内存

• 按位拷贝 D 的 B 子对象到 b 的 B 子对象时，必须保证 b 内的 VBase 子对象被正确初始化，不能直接复制 D 内的 VBase，否则会破坏虚基类唯一性原则

以上任何一种情况都会让 bitwise copy 语义失效，合成拷贝构造函数仍然存在，但会按 memberwise initialization 逐成员调用拷贝构造，而不是直接按位复制。