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Copy Constructor、Overloading Assignment Operator(上)
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[TOC]

## 前言
複製建構子可謂一下最大大魔王，我覺得很會打這個不太重要，但他想傳遞的概念非常重要，是很重要的思維!

## 引導
今天透過宣告類別實體化物件的時候，根據需求我們可能會要複製某個物件的資料。
我們先不管實例，直接先用簡單的類別說明。

class Animal{
public:
    Animal(){
        this->name = "";
    }
    Animal(string n){
    	this->name = n;
    }
    void set_name(string n){
    	this->name = n;
    }
    string get_name(){
    	cout << &(this->name) << endl;
    	return this->name;
    }
private:
    string name;
};

int main(int argc, char** argv) {
    Animal a1("bob");
    Animal a2 = a1;
    cout << a1.get_name() << endl;
    cout << a2.get_name() << endl;
    a1.set_name("josh");
    cout << a1.get_name() << endl;
    cout << a2.get_name() << endl;
    return 0;
}


可以看到對於 a1 跟 a2 而言，name 這個屬性各自隸屬不同的記憶體區塊，畢竟是兩個不同物件的屬性，在第 22 行我們做了一個宣告即 assign 的動作把 a1 的值 copy 一份給 a2，所以你才能看到上圖的輸出。

而因為是複製值，所以 name 沒有占用同一塊記憶體。當第 22 行修改了 a1 的 name 沒有影響到 a2 的 name。

而像第 22 行這樣一個**宣告即 assign 的 copy 動作**，其實就已經觸發了 copy constructor 了。

## 什麼是 Copy Constructor

copy constructor 又稱複製建構子，顧名思義，他是一種建構子，還記得建構子是物件初始化的天生狀態，我們可以透過自定義的建構子來初始化物件，而既然稱為複製建構子，想必有一個想要複製的東西，而又稱建構子，所以是把某個東西複製過來，成為另一個東西天生的狀態。

> 簡單的說，copy constructor 就是想要做到把 A 物件的內容複製一份給 B 物件這樣的動作。
> 而因為 copy constructor 也是一種建構子，所以他其實也是在做物件實體化的動作。
> [name=Orange]

<span style="color:red">**Copy Constructor 與類別同名，參數只有一個，必須要是同類別的物件，是一種 function。**</span>

C++ 預設每一個類別其實都有一個預設的 copy constructor，如果我們沒定義他，他會自己運作，所以我們可以自己實作他。

而**預設**的 copy constructor 被呼叫的時候，會把資料都複製一份出來。

大概會長像下面這樣 :point_down:

class Animal{
public:
    Animal(); // constructor
    Animal(string n); // user-defined constructor
    Animal(const Animal& copyObject); // copy constructor
};

### 語法說明

// 類別名稱(const 類別物件){...}
class_name(const class_name& class_object){...}

// 範例
Animal(const Animal& copyObject){...}

為何要 call-by reference?
* 因為呼叫 function 參數物件若用 call-by value 非常佔記憶體。
* 這個之前已經說過，就不再贅述，忘記去看前面

為何要 const?
* 今天是把 A 複製給 B，所以呼叫 copy constructor 的想必是 B，而 A 會作為參數，把東西全部 copy 給 B，那在複製的過程中絕對不希望 A 的內容被修改，所以要 const 來確保安全。

### 實際運作

// 上方省略
int main(){
    Animal a1("bob");
    Animal a2(a1); // line 4 and line 5 are the same
    Animal a2 = a1;
    a2 = a1; // line 6 not equal to line 4 and line 5
}

請看第四行，根據參數，我們知道是一個 Animal 物件，呼叫 Copy Constructor。

第四行跟第五行的寫法，只要你是在宣告的時候這樣寫，會產生一樣的效果，都會呼叫 copy constructor。

但第六行的寫法，如果今天是單純的 assign，並不等於第四行跟第五行，下面都會說到，但你可以先記起來。

倘若今天沒有在類別內撰寫 copy constructor，你的程式若執行 copy 的動作的時候，會有預設的 copy constructor 被執行，詳細可以看 reference。

## 何時需要親自來定義 Copy Constructor

根據前面的說明，我們已經知道 Copy Constructor 用來複製內容，那既然預設的已經會幫我們做複製了，我們還有必要來覆寫(親自定義)他嗎?

答案是有的，我們先來說總結。

* <span style="color:red">**當今天 class 的屬性有指標絕對需要 copy constructor**</span>
* 因為預設的複製建構子進行複製的時候，僅複製指標變數的儲存的值(位址)，而不是儲存其位址所指向的值。

**所以會造成刪除同一塊記憶體的情況。**

想必無法理解，在真的講到上面的情況前，我們先看一個小例子，再回頭講這個比較難的。

class Animal{
public:
    Animal(){ this->age = NULL; }
    Animal(int a){
    	this->age = new int;
    	*(this->age) = a;
    }
    void set_age(int a){
    	*(this->age) = a;
    }
    int get_age(){
    	cout << "address of age: " << &(this->age) << ", ";
    	cout << "value of age: " << this->age << ", ";
    	return *(this->age);
    }
private:
    int* age; 
};

int main(int argc, char** argv) {
    Animal a1(20);
    Animal a2 = a1;
    cout << "A1s'" << endl;
    cout << a1.get_age() << endl;
    cout << "-------------" << endl;
    cout << "A2s'" << endl;
    cout << a2.get_age() << endl;
    cout << "-------------" << endl;
    a1.set_age(25);
    cout << "A1's age:" << endl;
    cout << a1.get_age() << endl;
    cout << "A2's age:" << endl;
    cout << a2.get_age() << endl;
	
    return 0;
}

上上個例子我們示範了非指標的變數複製的結果，會發現名字的改變並不會相互影響，但如果今天變數換成指標變數的時候，結果就完全大不相同了哦，我們看一下輸出。

> <span style="color:red">如果覺得圖片不清楚，可以右鍵圖片「在新分頁中開啟圖片」看完整大小。</span>

按照上上個例子的做法，不是應該年齡也不會互相影響嗎? 怎麼我改 a1 的 age 結果兩個人的 age 都變成 25 了?

這就跟指標變數本身的特性有關，「指標變數存的是位址」，在做`Animal a2 = a1;`的時候，我們**複製的是值**，因此我們是把上圖的 `0xbd1530` 這個位址丟進去 a2 的指標變數 age 裡面，所以現在兩個物件的 age 都指向同一個地方，進而我只要修改一個人的 age 最後指向的地方的值，另一個人就會跟著被改變。

這是非常糟糕的，也就是因為這個緣故，如果類別的屬性有指標變數，我們就必須親手撰寫 copy constructor，因為預設的 copy constructor 會發生上面這樣的情況。

### 親手撰寫 copy constructor

為了避免上面的情況，我們親自來撰寫 copy constructor 來處理這個問題吧!

首先我們知道 Animal 的 age 屬性是指標變數，所以我們必須要給一塊記憶體放到這個指標變數裡面(不是指標變數本身的記憶體哦，是他要指向的那個整數所在的地方)，但這個記憶體要從哪來呢? 目前並沒有配置的記憶體阿，所以我們要自己動態的配置出來。

先貼上完整的程式碼，細部的說明就往下看吧。

class Animal{
public:
    Animal(){ this->age = NULL;}
    Animal(int a){ // user-defined constructor
    	this->age = new int;
    	*(this->age) = a;
    }
    Animal(const Animal& a){ // copy constructor
    	this->age = new int;
    	*(this->age)= *(a.age);
    }
    void set_age(int a){
    	*(this->age) = a;
    }
    int get_age(){
    	cout << "address of age: " << &(this->age) << ", ";
    	cout << "value of age: " << this->age << ", ";
    	return *(this->age);
    }
private:
    int* age; 
};

int main(int argc, char** argv) {
    // main 跟上個例子一模一樣，自己去上面複製
}

細部說一下每個 function。
**user-defined constructor:**

Animal(int a){ // user-defined constructor
    this->age = new int;
    *(this->age) = a;
}

如同上面說的，因為 age 現在是指標變數，因此我們需要分配一塊記憶體給他來存(切記不是 age 變數本身的記憶體位址!!)，我們 new 出來的是紅色的這塊。要先 new 出記憶體，才能把參數 a 的數字拿來存。

**copy constructor:**

Animal(const Animal& a){
    this->age = new int;
    *(this->age)= *(a.age);
}

這樣當 a2 被 copy constructor 實體化的時候，會把 a1 當作參數丟進來，因為實體化的時候 age 並沒有被指派記憶體，因此我們 new 一個給他，最後再把值賦予 a2 的 age。

## Destructor

Destructor，又稱解構子，負責來把物件的記憶體給回收，跟動態陣列的思維很像，你必須要來把你手動配置的記憶體給回收掉，如果你類別今天都沒有 new 出來的東西，可以不撰寫沒關係。

但很明顯的，上例有一個指標變數，我們也有親自 new 記憶體出來，接下來就來介紹一下解構子吧。

### Destructor 語法
解構子與類別同名，要在最前面加上 `~`，且沒有參數，不用呼叫他，系統會根據物件的**存活週期的最後**來呼叫執行裡面的內容，釋放掉記憶體。

~類別名稱(){
    // 回收你動態配出來的東西
}

~Animal(){
    delete this->age; // 這邊的例子要把 age 給回收掉。
}

以我們上面寫的例子來說，Animal 物件都是在 main 裡面，所以他們的存活週期就是 main 要結束之前，才會呼叫 destructor，至於其他的存活週期以前已經教過摟。

記憶體的回收在 C++ 內一直都是很重要的，雖然大多新的語言不用我們去擔心這些，但是保有這邊理論的思維帶去開發，你會變得更謹慎，更成熟穩重。

但 Destructor 如果因為寫程式的不小心，其實會引發刪掉同樣一塊記憶體的問題，我們放到下一篇筆記的最後跟大家說。

## 小結
接下來要來講與 copy constructor 一定要搭配在一起的東西 - Assignment Operator Overloading。

這邊的思維是非常重要的，可能要花點心思理解。

## Reference

* [複製建構子 - 維基百科](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%A4%87%E8%A3%BD%E5%BB%BA%E6%A7%8B%E5%AD%90)
* [C++ Copy Constructor (拷貝建構函式,複製建構函式)](https://www.itread01.com/content/1548766986.html)