前書き
C ++は、ユーザー定義型の変数を値セマンティクスで扱います。これは、オブジェクトがさまざまなコンテキストで暗黙的にコピーされることを意味し、「オブジェクトのコピー」が実際に何を意味するかを理解する必要があります。
簡単な例を考えてみましょう：
class person
{
std::string name;
int age;
public:
person(const std::string& name, int age) : name(name), age(age)
{
}
};
int main()
{
person a("Bjarne Stroustrup", 60);
person b(a); // What happens here?
b = a; // And here?
}
（name(name), age(age)この部分に困惑している場合、これはメンバー初期化子リストと呼ばれます。）
特別なメンバー関数
personオブジェクトをコピーするとはどういう意味ですか？このmain関数は、2つの異なるコピーシナリオを示しています。初期化person b(a);は、コピーコンストラクターによって実行されます。その仕事は、既存のオブジェクトの状態に基づいて新しいオブジェクトを構築することです。割り当てb = aは、コピー割り当て演算子によって実行されます。ターゲットオブジェクトはすでに処理が必要な有効な状態にあるため、そのジョブは一般にもう少し複雑です。
コピーコンストラクターも代入演算子（またはデストラクター）も自分で宣言していないため、これらは暗黙的に定義されています。標準からの引用：
[...]コピーコンストラクターとコピー代入演算子、[...]とデストラクターは特別なメンバー関数です。[ 注：プログラムで明示的に宣言されていない場合、実装はこれらのメンバー関数を一部のクラス型に対して暗黙的に宣言します。
それらが使用される場合、実装はそれらを暗黙的に定義します。[...] エンドノート ] [n3126.pdfセクション12§1]
デフォルトでは、オブジェクトのコピーとは、そのメンバーのコピーを意味します：
非共用クラスXの暗黙的に定義されたコピーコンストラクターは、そのサブオブジェクトのメンバーごとのコピーを実行します。[n3126.pdfセクション12.8§16]
非共用クラスXの暗黙的に定義されたコピー代入演算子は、そのサブオブジェクトのメンバーごとのコピー代入を実行します。[n3126.pdfセクション12.8§30]
暗黙の定義
暗黙的に定義された特別なメンバー関数は次のpersonようになります。
// 1. copy constructor
person(const person& that) : name(that.name), age(that.age)
{
}
// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
name = that.name;
age = that.age;
return *this;
}
// 3. destructor
~person()
{
}
この場合、メンバーごとのコピーがまさに私たちが望むもので
nameありage、コピーされるので、自己完結型の独立したpersonオブジェクトを取得します。暗黙的に定義されたデストラクタは常に空です。この場合も、コンストラクターでリソースを取得しなかったため、問題ありません。メンバーのデストラクタは、personデストラクタが終了した後に暗黙的に呼び出されます。
デストラクタの本体を実行し、本体内に割り当てられた自動オブジェクトを破棄した後、クラスXのデストラクタは、Xの直接[...]メンバのデストラクタを呼び出します[n3126.pdf 12.4§6]
リソースの管理
では、これらの特別なメンバー関数をいつ明示的に宣言する必要があるのでしょうか。クラスがリソースを管理するとき、つまり、クラスのオブジェクトがそのリソースを担当するとき。これは通常、リソースがコンストラクターで取得され（またはコンストラクターに渡され）、デストラクタで解放されることを意味します。
以前のC ++に戻ってみましょう。のようなものはなくstd::string、プログラマーはポインターに夢中になりました。personクラスはこのように見えたかもしれません。
class person
{
char* name;
int age;
public:
// the constructor acquires a resource:
// in this case, dynamic memory obtained via new[]
person(const char* the_name, int the_age)
{
name = new char[strlen(the_name) + 1];
strcpy(name, the_name);
age = the_age;
}
// the destructor must release this resource via delete[]
~person()
{
delete[] name;
}
};
今日でも、人々はまだこのスタイルでクラスを作成して問題を抱えています：「人をベクターに押し込んだので、おかしなメモリエラーが発生しました！」デフォルトでは、オブジェクトをコピーすることは、メンバーをコピーすることを意味しますが、nameメンバーをコピーするだけですポインタが指す文字配列ではなく、ポインタをコピーします！これにはいくつかの不快な影響があります。
- を介した変更は、を介して監視
aできますb。
- 一度
b破壊され、a.nameダングリングポインタです。
aが破棄された場合、ぶら下がりポインタを削除すると、未定義の動作が発生します。- 割り当てでは、割り当て
name前に何がポイントされたかが考慮されないため、遅かれ早かれ、場所全体でメモリリークが発生します。
明示的な定義
メンバーごとのコピーには望ましい効果がないため、文字配列の深いコピーを作成するには、コピーコンストラクターとコピー代入演算子を明示的に定義する必要があります。
// 1. copy constructor
person(const person& that)
{
name = new char[strlen(that.name) + 1];
strcpy(name, that.name);
age = that.age;
}
// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
if (this != &that)
{
delete[] name;
// This is a dangerous point in the flow of execution!
// We have temporarily invalidated the class invariants,
// and the next statement might throw an exception,
// leaving the object in an invalid state :(
name = new char[strlen(that.name) + 1];
strcpy(name, that.name);
age = that.age;
}
return *this;
}
初期化と割り当ての違いに注意してくださいname。メモリリークを防ぐには、に割り当てる前に古い状態を破棄する必要があります。また、フォームの自己割り当てから保護する必要がありx = xます。そのチェックがなければ、delete[] name含む配列削除でしょうソースあなたが書くときので、文字列をx = x、両方this->nameとthat.name同じポインタを含んでいます。
例外安全
残念ながら、このソリューションはnew char[...]、メモリ不足のために例外をスローすると失敗します。考えられる解決策の1つは、ローカル変数を導入してステートメントを並べ替えることです。
// 2. copy assignment operator
person& operator=(const person& that)
{
char* local_name = new char[strlen(that.name) + 1];
// If the above statement throws,
// the object is still in the same state as before.
// None of the following statements will throw an exception :)
strcpy(local_name, that.name);
delete[] name;
name = local_name;
age = that.age;
return *this;
}
これは、明示的なチェックなしで自己割り当ても処理します。この問題のさらに強力な解決策は、コピーアンドスワップのイディオムですが、ここでは例外の安全性の詳細については触れません。私は次のポイントを作成するために例外についてのみ言及しました：リソースを管理するクラスを書くのは難しいです。
コピーできないリソース
ファイルハンドルやミューテックスなど、一部のリソースはコピーできません。その場合は、コピーコンストラクターとコピー代入演算子をprivate定義せずに宣言するだけです。
private:
person(const person& that);
person& operator=(const person& that);
または、boost::noncopyableそれらを継承するか、削除済みとして宣言することもできます（C ++ 11以降）。
person(const person& that) = delete;
person& operator=(const person& that) = delete;
3つのルール
場合によっては、リソースを管理するクラスを実装する必要があります。（単一のクラスで複数のリソースを管理しないでください。これは痛みにつながるだけです。）その場合、3つのルールを覚えておいてくださいください。
デストラクタ、コピーコンストラクタ、またはコピー代入演算子のいずれかを自分で明示的に宣言する必要がある場合は、おそらく3つすべてを明示的に宣言する必要があります。
（残念ながら、この「規則」は、C ++標準や、私が知っているコンパイラーによって強制されていません。）
5のルール
C ++ 11以降、オブジェクトには2つの特別なメンバー関数（移動コンストラクターと移動割り当て）があります。これらの機能を実装するための5つの州のルール。
署名の例：
class person
{
std::string name;
int age;
public:
person(const std::string& name, int age); // Ctor
person(const person &) = default; // Copy Ctor
person(person &&) noexcept = default; // Move Ctor
person& operator=(const person &) = default; // Copy Assignment
person& operator=(person &&) noexcept = default; // Move Assignment
~person() noexcept = default; // Dtor
};
ゼロの法則
3/5のルールは0/3/5のルールとも呼ばれます。ルールのゼロ部分は、クラスの作成時に特別なメンバー関数を一切記述できないことを示しています。
助言
ほとんどの場合、リソースを自分で管理する必要はありませんstd::string。これは、などの既存のクラスがすでに行っているためです。std::stringメンバーを使用した単純なコードと、aを使用した複雑でエラーが発生しやすい代替コードを比較するだけで、char*納得できるはずです。生のポインターメンバーから離れている限り、3つのルールが自分のコードに関係することはほとんどありません。
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