第13章 拷貝控制

1. 拷貝控制操作：拷貝構(gòu)造函數(shù)、拷貝賦值運(yùn)算符、移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)、移動(dòng)賦值運(yùn)算符、析構(gòu)函數(shù)。
2. 當(dāng)類中沒有聲明構(gòu)造函數(shù)時(shí)，編譯器會(huì)在其需要時(shí)生成合成默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。當(dāng)類中沒有定義拷貝構(gòu)造函數(shù)時(shí)，編譯器生成合成拷貝構(gòu)造函數(shù)。合成拷貝賦值運(yùn)算符、合成析構(gòu)函數(shù)與合成拷貝構(gòu)造函數(shù)類似。當(dāng)類中沒有自定義拷貝控制成員，且每個(gè)非static數(shù)據(jù)成員都可以移動(dòng)時(shí)，編譯器才會(huì)合成移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)或移動(dòng)賦值運(yùn)算符。
3. 若一個(gè)類需要析構(gòu)函數(shù)，則幾乎肯定需要拷貝構(gòu)造函數(shù)、拷貝賦值運(yùn)算符；若一個(gè)類需要拷貝構(gòu)造函數(shù)，則幾乎肯定需要拷貝賦值運(yùn)算符；若一個(gè)類需要拷貝賦值運(yùn)算符，則幾乎肯定需要拷貝構(gòu)造函數(shù)。若一個(gè)類定義任意一個(gè)拷貝控制，則應(yīng)該定義所有的5個(gè)拷貝控制操作。

13.1 拷貝、賦值與銷毀

1. 拷貝構(gòu)造函數(shù)

1. 拷貝構(gòu)造函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是自身類型的引用，且任意額外參數(shù)都有默認(rèn)值。拷貝構(gòu)造函數(shù)通常不是explicit，第一個(gè)參數(shù)幾乎總是const。
2. 直接初始化要求編譯器通過函數(shù)匹配選擇構(gòu)造函數(shù)，拷貝初始化要求編譯器將右側(cè)運(yùn)算對(duì)象拷貝到左側(cè)運(yùn)算對(duì)象，必要時(shí)可進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。
3. 使用拷貝初始化的情況：使用=定義變量；將實(shí)參傳遞給非引用形參；返回類型為非引用類型的函數(shù)返回對(duì)象；花括號(hào)列表初始化數(shù)組元素或聚合類成員；某些類類型會(huì)對(duì)其分配的對(duì)象進(jìn)行拷貝初始化，如vector的insert和push進(jìn)行拷貝初始化，emplace進(jìn)行直接初始化。
4. 拷貝構(gòu)造函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)必須是引用類型，因?yàn)楹瘮?shù)調(diào)用過程中，非引用類型的形參通過拷貝構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行拷貝初始化。若第一個(gè)參數(shù)不是引用類型，函數(shù)調(diào)用時(shí)非引用類型的形參使用拷貝構(gòu)造函數(shù)初始化，而拷貝構(gòu)造函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是非引用類型，第一個(gè)參數(shù)又需要調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)，如此會(huì)無限循環(huán)。
5. 雖然編譯器可以略過拷貝/移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)，但依然要求拷貝/移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)必須存在且可訪問。

class Foo{
public:
    Foo(); // 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
    Foo(const Foo&); // 拷貝構(gòu)造函數(shù)
}

string s = "1"; // 拷貝初始化，等價(jià)于string temp("1"); string s = temp; //使用拷貝構(gòu)造函數(shù)
string s("1"); // "1"：const char *，略過拷貝構(gòu)造函數(shù)

2. 拷貝賦值運(yùn)算符

1. 賦值運(yùn)算符通常返回一個(gè)指向其左側(cè)運(yùn)算對(duì)象的引用。標(biāo)準(zhǔn)庫通常要求保存在容器中的類型要具有賦值運(yùn)算符，且其返回值是左側(cè)運(yùn)算對(duì)象的引用。
2. 大多數(shù)賦值運(yùn)算符會(huì)結(jié)合析構(gòu)函數(shù)和拷貝構(gòu)造函數(shù)的工作。編寫賦值運(yùn)算符時(shí)需注意自賦值情況，最好是在銷毀左側(cè)運(yùn)算對(duì)象資源之前拷貝右側(cè)運(yùn)算對(duì)象。

3. 析構(gòu)函數(shù)

1. 在構(gòu)造函數(shù)中，成員初始化在函數(shù)體之前完成，且按照它們?cè)陬愔谐霈F(xiàn)的順序初始化。在析構(gòu)函數(shù)中，先執(zhí)行函數(shù)體，再按照初始化順序的逆序銷毀成員。
2. 若成員是內(nèi)置指針類型，析構(gòu)函數(shù)不會(huì)自動(dòng)delete其所指的對(duì)象。若成員是智能指針，因智能指針是類類型，故會(huì)執(zhí)行類成員自己的析構(gòu)函數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)銷毀。
3. 調(diào)用析構(gòu)函數(shù)的情況：變量離開作用域時(shí)被銷毀；當(dāng)一個(gè)對(duì)象被銷毀時(shí)，其成員被銷毀；標(biāo)準(zhǔn)庫容器或數(shù)組被銷毀時(shí)，其元素被銷毀；對(duì)于動(dòng)態(tài)分配的對(duì)象，當(dāng)delete指向該對(duì)象的指針時(shí)被銷毀；對(duì)于臨時(shí)對(duì)象，當(dāng)創(chuàng)建它的完整表達(dá)式結(jié)束時(shí)被銷毀。
4. 當(dāng)指向一個(gè)對(duì)象的引用或指針離開作用域時(shí)不會(huì)執(zhí)行析構(gòu)函數(shù)。

4. =default和=delete

1. 使用=default可顯式要求編譯器生成合成版本的拷貝控制成員。在類內(nèi)使用=default，合成的函數(shù)是內(nèi)聯(lián)的，在類外使用=default，合成的函數(shù)就不是內(nèi)聯(lián)的。只能對(duì)具有合成版本的成員函數(shù)（默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，拷貝控制成員）使用=default。
2. 使用=delete表示不能以任意方式調(diào)用該成員函數(shù)。=delete必須出現(xiàn)在函數(shù)第一次聲明的時(shí)候?？蓪?duì)任意函數(shù)使用=delete，不局限于默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)和拷貝控制成員。
3. 最好不要對(duì)析構(gòu)函數(shù)使用=delete。對(duì)于析構(gòu)函數(shù)已刪除的類型，不能定義該類型的變量，可動(dòng)態(tài)分配但不能釋放該類型的對(duì)象。
4. 將拷貝控制成員聲明為private但不定義，可阻止用戶代碼、友元函數(shù)、成員函數(shù)進(jìn)行拷貝控制。

13.2 拷貝控制和資源管理

1. 可定義拷貝操作使類的行為看起來像一個(gè)值或一個(gè)指針。類的行為像一個(gè)值，意味著類有自己的狀態(tài)，副本與原對(duì)象無關(guān)，修改副本不會(huì)改變?cè)瓕?duì)象。類的行為像一個(gè)指針，則類共享狀態(tài)，副本與原對(duì)象使用相同底層數(shù)據(jù)，修改副本會(huì)改變?cè)瓕?duì)象。
2. 指針成員的拷貝決定類的行為像值或像指針。
3. 令類的行為像指針，最好是使用share_ptr管理類中的資源。若想直接管理資源，則需使用引用計(jì)數(shù)?？蓪⒁糜?jì)數(shù)保存在動(dòng)態(tài)內(nèi)存中。

13.3 交換操作

1. 當(dāng)作用域有using std::swap，若存在類型特定的swap版本，swap調(diào)用會(huì)與之匹配，若不存在類型特定版本，則會(huì)使用std::swap
2. 對(duì)于行為類值的類，賦值運(yùn)算符通過拷貝并交換技術(shù)（形參是非引用類型，swap定義賦值運(yùn)算符）可自動(dòng)處理自賦值情況且天然就是異常安全的。

13.4 拷貝控制示例

1. 當(dāng)類需要分配資源、簿記工作（類似于郵件處理應(yīng)用中的Message和Folder）等操作時(shí)，通常需要拷貝控制。

13.5 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理類

1. 當(dāng)類需要在運(yùn)行時(shí)分配可變大小的內(nèi)存空間時(shí)，通常使用標(biāo)準(zhǔn)庫容器保存其數(shù)據(jù)。
2. 若類需要自己進(jìn)行內(nèi)存分配，則必須定義自己的拷貝控制成員來管理所分配的內(nèi)存。

13.6 對(duì)象移動(dòng)

1. 移動(dòng)而非拷貝對(duì)象的情況：對(duì)象拷貝后就立即被銷毀；IO、unique_ptr等類中包含不能被共享的資源（如IO緩沖、指針）。
2. 標(biāo)準(zhǔn)庫容器、string和shared_ptr類同時(shí)支持拷貝和移動(dòng)，IO和unique_ptr類只支持移動(dòng)。

1. 左值引用

1. 右值引用&&即必須綁定到右值的引用。右值引用只能綁定到一個(gè)將要銷毀的對(duì)象。
2. 左值和右值是表達(dá)式的屬性，左值表達(dá)式表示一個(gè)對(duì)象的身份，右值表達(dá)式表示對(duì)象的值。左值有持久的狀態(tài)，右值只能是字面常量或表達(dá)式求值過程中創(chuàng)建的臨時(shí)對(duì)象。
3. 非const左值引用可以綁定賦值、下標(biāo)、解引用、前置遞增/遞減、返回左值引用的函數(shù)；const左值引用和右值引用可以綁定算術(shù)、關(guān)系、位、后置遞增/遞減、要求轉(zhuǎn)換的表達(dá)式、字面常量、返回右值的表達(dá)式。
4. std::move可將左值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的右值引用類型。移后源對(duì)象（使用std::move后的對(duì)象）可以被銷毀或賦值，但不能使用其值。

int i = 42;
int &r1 = i;
const int &r2 = 42;
int && r3 = 42;
int &&r4 = r3; // 錯(cuò)誤，r3是變量，變量是左值
int &&r5 = std::move(i);

2. 移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值運(yùn)算符

1. 移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)第一個(gè)參數(shù)是非const的右值引用，任何額外參數(shù)必須有默認(rèn)實(shí)參。移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)需完成資源移動(dòng)，保證移后源對(duì)象可被銷毀和賦值。
2. 不拋出異常的移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值函數(shù)必須標(biāo)記noexcept。
3. 當(dāng)類中沒有自定義拷貝控制成員，且每個(gè)非static數(shù)據(jù)成員都可以移動(dòng)時(shí)，編譯器才會(huì)合成移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)或移動(dòng)賦值運(yùn)算符。
4. 定義了一個(gè)移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)或移動(dòng)賦值運(yùn)算符的類必須定義自己的拷貝操作，否則合成拷貝構(gòu)造函數(shù)和合成拷貝賦值運(yùn)算符會(huì)被定義為刪除的。
5. 若類中拷貝操作與移動(dòng)操作同時(shí)存在，則進(jìn)行函數(shù)匹配，實(shí)參是左值的函數(shù)會(huì)使用拷貝操作，實(shí)參是右值的函數(shù)會(huì)使用移動(dòng)操作。若類中只有拷貝操作且實(shí)參是右值，則會(huì)調(diào)用拷貝操作。
6. make_move_iterator可將普通迭代器轉(zhuǎn)換為移動(dòng)迭代器。
7. 不要隨便使用移動(dòng)操作。移后源對(duì)象具有不確定的狀態(tài)，對(duì)其調(diào)用std::move很危險(xiǎn)。當(dāng)我們調(diào)用move時(shí)，必須絕對(duì)確認(rèn)移后源對(duì)象沒有其它用戶。

3. 右值引用和成員函數(shù)

1. 除構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符外，其它成員函數(shù)也可同時(shí)提供拷貝和移動(dòng)版本，拷貝版本接受一個(gè)指向const的左值引用，移動(dòng)版本接受一個(gè)指向非const的右值引用。
2. 通常我們可以在一個(gè)對(duì)象上調(diào)用成員，而不用管該對(duì)象是左值或右值。C++允許向右值賦值，若想阻止該用法，強(qiáng)制使左側(cè)運(yùn)算對(duì)象必須是左值，可在參數(shù)列表后放置引用限定符。

(s1+s2) = "abc"; // 雖然s1+s2返回右值，但它依舊可以調(diào)用拷貝賦值運(yùn)算符來實(shí)現(xiàn)賦值。

3. 引用限定符可以是&或&&，&指出this可以指向一個(gè)左值，&&指出this可以指向一個(gè)右值。若const與引用限定符同時(shí)存在，則const必須在前，引用限定符必須在后。
4. 若一個(gè)成員函數(shù)有引用限定符，則具有相同參數(shù)列表的所有版本都必須有引用限定符。