C++---Shallow copy, deep copy, and copy-on-write explanation (with code)

对于普通的类型来说，拷贝没什么大不了的。

int a = 0;int b = a;

不会出现任何问题。

而类对象与普通对象不同，类对象内部结构一般较为复杂，存在各种成员变量。

浅拷贝

首先来说说我们常遇到的浅拷贝的情况。

#include <stdio.h>　class student
{public:
    student()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间
    {
        _name = new char(100);        printf("默认构造函数\n");
    }
    ~student()     // 析构函数，释放动态分配的空间
    {        if (_name != NULL)
        {            delete _name;
            _name = NULL;            printf("析构函数\n");
        }
    }private:    char * _name;     // 一指针成员};int main()
{
    student a;
    student b(a);   // 复制对象
    return 0;
}

这段代码乍看之下没什么毛病，通过类的默认构造函数将 a 复制给 b ，但是一旦运行就会程序崩溃。
经过我的刻苦学习与钻研，终于发现其中的问题所在。
由于我的类没有拷贝构造函数，所以student b(a)会调用，编译器自动生成的一个默认拷贝构造函数，该构造函数完成对象之间的位拷贝。位拷贝又称浅拷贝。
浅拷贝：

• 浅拷贝只是拷贝了指针，并没有创建新的空间，使得两个指针指向同一个地址，这样在对象块结束，调用函数析构的时，会造成同一份资源析构2次，即delete同一块内存2次，造成程序崩溃。

• 浅拷贝使得 a 和 b 指向同一块内存，任何一方的变动都会影响到另一方。

• 由于 a 和 b 指向的是同一块内存空间，当 a 释放了后，b 指向的内存空间不复存在，所以会出现内存泄露的情况。

如何避免浅拷贝害人呢？
养成自定义拷贝构造函数的习惯，当显式定义了拷贝构造函数后，编译器就会调用拷贝构造函数了，为了不出现程序崩溃，请使用自定义拷贝构造函数，当然我们自己如果把代码写成了浅拷贝的形式，那也不是不可能的事。

深拷贝

// 使用自定制拷贝构造函数，完成深拷贝！！！class A
{public:
    A()      // 构造函数，p指向堆中分配的一空间
    {
        m_pdata = new char(100);        printf("默认构造函数\n");
    }

    A(const A& r)    // 拷贝构造函数
    {
        m_pdata = new char(100);    // 为新对象重新动态分配空间
        memcpy(m_pdata, r.m_pdata, strlen(r.m_pdata));        printf("copy构造函数\n");
    }

    ~A()     // 析构函数，释放动态分配的空间
    {        if (m_pdata != NULL)
        {            delete m_pdata;            printf("析构函数\n");
        }
    }private:    char *m_pdata;     // 一指针成员};int main()
{
    A a;
    A b(a);   // 复制对象
    return 0;
}

在拷贝构造函数中，为 b 对象 new 了一个新的空间，这样 a 和 b 指向的是不同的空间，只是内容一致，但是互不影响。
重复的去开辟空间和释放空间效率是很低的，聪明的地球人决定使用写时拷贝。

写时拷贝

写时拷贝：引入一个计数器，每片不同内容的空间上都再由一个计数器组成，在构造第一个类指向时，计数器初始化为1，之后每次有新的类也指向同一片空间时，计数器加 1 ；在析构时判断该片空间对应计数器是否为1，为1则执行清理工作，大于1则计数器减 1 。如果有需要进行增删等操作时，再拷贝空间完成，有利于提高效率。

class String
{
public:
    String(const char* str = "")
        :_str(new char[strlen(str) + 1 + 4])//+1表示字符串后面要放一个'\0'，+4表示多开辟一个空间存放引用计数
    {        _str += 4;//_str指向数据存放区
        strcpy(_str, str);        _GetCount() = 1;
    }
    String(const String& s)
        :_str(s._str)
    {        _GetCount()++;
    }
    String& operator=(String& s)
    {        if (this != &s)
        {            if (--_GetCount() == 0)
            {
                delete[](_str - 4);
            }
            ++s._GetCount();            _str = s._str;
        }        return *this;
    }
    ~String()
    {        if (--_GetCount() == 0)
        {
            delete[](_str - 4); // 注意：由于计数器存放在了_str首地址-4的地址上，所以在析构时一定要注意全部释放，避免内存泄漏。
        }
    }
public:    int& _GetCount()
    {        return *((int*)_str - 1);
    }
private:    char* _str;

};

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