C++面试10——构造函数、拷贝构造函数和赋值运算符

好的，我们从C++面试的角度，来彻底讲清楚构造函数、拷贝构造函数和赋值运算符这几个容易混淆的概念。

面试官问这个问题，通常不是为了让你背诵定义，而是希望考察以下几点：

1. 你对对象生命周期管理的理解：对象如何诞生、如何复制、如何“重生”。
2. 你对深浅拷贝的理解：这是C++内存管理的核心，也是容易出错的地方。
3. 你编写安全、健壮代码的能力：是否知道“Rule of Three/Five”等最佳实践。

我们将以为什么存在、是什么、何时调用、如何实现这四个维度来剖析它们。

1. 构造函数

• 为什么存在：为了让对象在诞生时就能有一个确定的、有效的初始状态。想象一下，你出生时总不能没有名字和年龄吧？构造函数就是对象的“出生证明”。
• 是什么：一个与类同名的特殊成员函数，没有返回类型。
• 何时调用：当创建一个新的对象时。
  • Person p1; // 默认构造函数
  • Person p2("Alice", 25); // 带参数的构造函数
  • Person p3 = Person("Bob", 30); // 显式调用（虽然这里可能涉及优化，但概念上是构造）
• 面试实现要点：
  • 可以重载（多个构造函数）。
  • 如果你没有提供任何构造函数，编译器会为你生成一个默认构造函数（无参、什么都不做）。
  • 一旦你提供了任何构造函数，编译器就不再生成默认构造函数，如果你还需要无参构造，必须自己显式写一个。

class Person {
public:// 1. 默认构造函数Person() : name("Unknown"), age(0) {std::cout << "Default Constructor called" << std::endl;}// 2. 带参数的构造函数Person(const std::string& name_, int age_) : name(name_), age(age_) {std::cout << "Parameterized Constructor called" << std::endl;}private:std::string name;int age;
};// 调用
Person p1;            // 调用默认构造
Person p2("John", 28);// 调用带参构造

2. 拷贝构造函数

• 为什么存在：为了用一个已存在的对象来初始化一个新对象。这是一种“克隆”技术，创建一个和原对象一模一样的新个体。
• 是什么：形参为自身类类型的常量引用（const ClassName&）的特殊构造函数。
• 何时调用：在初始化一个对象时，源是另一个同类型的对象。常见场景：
  1. 用=定义新对象（注意：这是初始化，不是赋值！）：Person p2 = p1;
  2. 函数参数传递：void func(Person p) {...} func(p1); // 实参p1传给形参p，会调用拷贝构造创建p
  3. 函数返回对象（可能因编译器优化而省略，但概念上存在）：return p1;
  4. 用花括号列表初始化数组或容器元素：Person arr[] = {p1, p2};
• 面试实现要点（深拷贝与浅拷贝）：
  • 如果你没有提供拷贝构造函数，编译器会为你生成一个默认的拷贝构造函数。这个默认实现进行的是浅拷贝（逐成员拷贝）。
  • 如果类管理着动态内存或其他资源（如文件句柄），浅拷贝是致命的！会导致两个对象的指针指向同一块内存，析构时同一内存会被释放两次，导致程序崩溃。这就是浅拷贝问题。
  • 解决方案：自己实现拷贝构造函数，进行深拷贝，即为新对象重新分配内存，并拷贝内容，而不是拷贝指针地址。

class PersonWithResource {
public:// 构造函数PersonWithResource(const char* name_) {name = new char[strlen(name_) + 1];strcpy(name, name_);}// 拷贝构造函数（深拷贝）PersonWithResource(const PersonWithResource& other) {std::cout << "Copy Constructor called (Deep Copy)" << std::endl;// 为新对象的name分配新的内存name = new char[strlen(other.name) + 1];// 拷贝内容，而不是指针strcpy(name, other.name);}// 析构函数~PersonWithResource() {delete[] name;}private:char* name; // 动态分配的资源
};// 调用
PersonWithResource p1("Original");
PersonWithResource p2 = p1; // 调用拷贝构造函数！p2有自己的name内存。

3. 拷贝赋值运算符 (operator=)

• 为什么存在：为了让一个已经初始化过的对象能够“变成”另一个已存在对象的样子。这不是“克隆”，而是“覆盖”或“重生”。
• 是什么：一个名为operator=的重载函数，返回自身类型的引用（ClassName&）以支持链式赋值（a = b = c）。
• 何时调用：当两个都已存在的对象之间使用=操作符时。
  • p2 = p1; // p2和p1都是已经构造好的对象
• 面试实现要点：
  • 同样，如果你没有提供，编译器会生成一个进行浅拷贝的默认版本，有同样的问题。
  • 必须自己实现深拷贝赋值。
  • 实现时要注意自赋值问题（p1 = p1;），否则在释放自身资源再试图拷贝自身时会导致未定义行为。
  • 常用 idiom：Copy-and-Swap idiom，但基础实现通常遵循以下模式：

class PersonWithResource {// ... 构造函数、拷贝构造函数同上 ...// 拷贝赋值运算符PersonWithResource& operator=(const PersonWithResource& other) {std::cout << "Copy Assignment called" << std::endl;// 1. 检查自赋值if (this == &other) {return *this;}// 2. 释放当前对象的资源delete[] name;// 3. 分配新资源并拷贝数据（深拷贝）name = new char[strlen(other.name) + 1];strcpy(name, other.name);// 4. 返回自身引用return *this;}
};// 调用
PersonWithResource p1("Alice");
PersonWithResource p2("Bob");
p2 = p1; // 调用拷贝赋值运算符！p2原有的资源被释放，然后被p1的内容覆盖。

三者的核心区别总结（面试黄金回答）

一个精辟的比喻：

• 构造函数：生孩子（新生命）。
• 拷贝构造函数：根据一个孩子克隆出另一个新孩子（双胞胎弟弟）。
• 拷贝赋值运算符：让一个已经长大的孩子（通过整容、学习等）完全变成另一个人的样子（覆盖自己）。

面试进阶：Rule of Three/Five

如果你提到了这些，面试官会眼前一亮。

• Rule of Three (C++98/03)：如果你的类需要自定义析构函数（因为需要释放资源），那么它很可能也需要自定义拷贝构造函数和拷贝赋值运算符。反之亦然。这三个函数是一个整体，管理着同类资源。
• Rule of Five (C++11及以后)：在Rule of Three的基础上，因为移动语义的出现，增加了移动构造函数和移动赋值运算符。所以现在最佳实践是：如果需要管理资源，五个函数（析构、拷贝构造、拷贝赋值、移动构造、移动赋值）应该作为一个整体来考虑实现或禁用（=delete）。

最后的叮嘱：
在面试中，一定要结合代码例子来说明。清晰地指出默认编译器生成的行为可能带来的问题（浅拷贝），并展示你如何通过实现深拷贝和检查自赋值来避免它们，这能充分证明你的C++功底。