如何克隆包含指针的对象？

Question

我有问题。我需要克隆包含指针的对象类。问题的一个示例在以下代码中：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <vector>

class CPoint
{
protected:
    int m_x;
    int m_y;

    int *m_p;

public:
    CPoint();
    CPoint(int x, int y);
    ~CPoint();

    CPoint*         clone();
    static CPoint*  clone(CPoint& p);

    int getX();
    int getY();
    void setX(int x);
    void setY(int y);

    void toString();
};

int CPoint::getX()
{
    return m_x;
}

int CPoint::getY()
{
    return m_y;
}

void CPoint::setX( int x )
{
    m_x = x;
}

void CPoint::setY( int y )
{
    m_y = y;
}

void CPoint::toString()
{
    std::cout << "(" << m_x << ", " << m_y<< ", " << *m_p << ")" << std::endl;
}

CPoint::CPoint( int x, int y )
{
    m_x = x;
    m_y = y;    

    m_p = new int();
    *m_p = x + y;
}

CPoint::CPoint()
{
    m_p = new int();
    *m_p = 1000;
}

CPoint* CPoint::clone()
{
    CPoint *p = new CPoint();
    *p = *this;
    return p;
}

CPoint* CPoint::clone( CPoint& p )
{
    CPoint *q = new CPoint();
    *q = p;
    return q;
}

CPoint::~CPoint()
{
    if (m_p) {
        delete m_p;
        m_p = NULL;
    }
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    CPoint *p1 = new CPoint(10, 20);
    CPoint *p2 = new CPoint(30, 40);

    p1->toString();
    p2->toString();

    CPoint *p3;
    p3 = CPoint::clone(*p1);

    p3->toString();

    CPoint *p4;
    p4 = p2->clone();

    p4->toString();

    p1->setX(50);
    p1->setY(60);
    p2->setX(80);
    p2->setY(90);

    p3->toString();
    p4->toString();

    delete p1;
    delete p2;
    delete p3;
    delete p4;

    int a;
    std::cin >> a;

    return 0;
}

变量m_p 的问题。在p3和p4上克隆对象p1和p2时，内存地址p1和p3不同，但m_p地址相同。显然，当删除p1，p3 删除失败。与p2 和p4 是一样的。

如何克隆 CPoint 类对象？

Answer 1

您似乎将其他一些 Java 之类 语言的规则应用于 C++。
这是一个根本性的问题，从长远来看会导致各种问题。

你需要学习 C++ 的习语。

在 C++ 中，您希望使用 C++ 字符串 (std::string) 而不是 C-String 接口。

#include <string.h>   // C-Interface

// What you really want
#include <string>     // C++ Interface

如果你的类包含一个指针，那么你可能做错了什么。 RAW 指针应包装在智能指针（或容器）中，以正确控制其寿命。如果您将指针放入业务类，您将打破关注点分离原则。

class CPoint
{
    protected:
        int m_x;
        int m_y;

        int *m_p;  // What is it supposed to be?
                   // Who owns it?

由于您的班级有一个指针，它违反了三规则。
如果您想管理此类中的指针（而您不想（破坏关注点分离）），那么您应该已经实现了三规则（C++ 11 中的五规则）（查找）。如果你想了解如何处理 RAW 指针，请看这里https://stackoverflow.com/a/1846409/14065

不需要克隆方法。这就是复制构造函数的用途。您不是在编写需要克隆的类（否则它会有一个虚拟的析构函数）。您的类不是多态的，不会派生自。因此，复制构造函数将完美地工作。

CPoint*         clone();
static CPoint*  clone(CPoint& p);

// Copy constructor looks like this:
CPoint(CPoint const& rjs)

// Assignment operator looks like this:
CPoint& operator=(CPoint& rhs)

但如果将 RAW 指针正确包装在适当的类中，则不需要这样做。编译器生成的这些方法的默认版本可以正常工作。

完全破坏封装的好方法。

int getX();
int getY();
void setX(int x);
void setY(int y);

串起来！船尾。你真正想要的是一个序列化方法。

void toString();

// serializer look like this:

friend std::ostream& operator<<(std::ostream& stream, CPoint const& data)
{
     // Convert CPoint (data) to the stream.
     return stream;
}

在 C++ 中，除非需要，否则我们不会动态创建对象。
在这里你不需要。创建本地对象效果更好，因为即使存在异常也可以保证它们的生命周期。

// Rather than dynamically creating them
CPoint *p1 = new CPoint(10, 20);
CPoint *p2 = new CPoint(30, 40);

// Just declare two local variables:
CPoint  p1 = CPoint(10, 20);
CPoint  p2(30, 40);           // Alternative to the above but means the same.

// Much better to use operator<<
// Also shows the functions are badly named. You are not converting to string.
// but rather printing them to a stream.
p1->toString();
p2->toString();

std::cout << p1;
myFileStream << p2;  // allows you to easily specify the actual stream.

复制构造函数在复制对象时效果更好

CPoint *p3;
p3 = CPoint::clone(*p1);

// If we were still using pointers. 
CPoint* p3 = new CPoint(p1);

// But much nicer to not even use pointers
CPoint  p3(p1);

如果您在函数中看到手动调用删除，这通常是设计错误。

delete p1;
delete p2;
delete p3;
delete p4;

如果你有将它们包装在智能指针（或容器）中的指针，比如类，则它们可以异常安全地使用。这是因为对于本地对象，保证会调用析构函数，因此当指针超出范围时，您的对象将正确删除指针。目前这段代码不是异常安全的，如果异常传播通过它们就会泄漏。

小提示：main() 比较特殊。如果您不指定返回值，编译器会为您植入return 0;。如果您的应用程序没有错误状态，最好使用此功能向其他开发人员表明您的代码将始终干净退出。

return 0;

我会这样重写：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

class CPoint
{
protected:
    int m_x;
    int m_y;

    std::vector<int> m_p;

public:
    // If you don't explicitly initialize m_x and m_y them
    // they will have indeterminate (random) values.
    CPoint()             : m_x(0), m_y(0) {m_p.push_back(1000);}
    CPoint(int x, int y) : m_x(x), m_y(y) {m_p.push_back(x + y);}

    int getX()        { return m_x;}
    int getY()        { return m_y;}
    void setX(int x)  { m_x = x;}
    void setY(int y)  { m_y = y;}

    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& stream, CPoint const& d)
    {
        return stream << "(" << d.m_x << ", " << d.m_y<< ", " << d.m_p[0] << ")" << std::endl;
    }
};




int main(int argc, char* argv[])
{
    CPoint p1(10, 20);
    CPoint p2(30, 40);

    std::cout << p1 << p2;

    CPoint p3(p1);

    std::cout << p3;

    CPoint p4(p2);
    std::cout << p4;

    p1.setX(50);
    p1.setY(60);
    p2.setX(80);
    p2.setY(90);

    std::cout << p1 << p2 << p3 << p4;
    int a;
    std::cin >> a;
}

Answer 2

在这个例子中是一个整数，但可以是任何类型。我的问题是克隆一个包含指向另一种类型的指针的对象。

我认为这里基本上有两种情况：您希望包含对象拥有指向对象；或者您不希望包含对象拥有指向的对象。

让我们从非拥有开始。 C++ 提供什么工具来表示非拥有指针？好吧，常规指针是非拥有的。以及如何复制常规指针？你什么都不做。你让编译器处理它，生成你可以随意使用的正确的复制构造函数（当你在它的时候，让编译器也生成一个析构函数）。

那么拥有呢？拥有指针的工具是什么？好吧，在大多数情况下，您甚至不需要指针：只需直接存储一个值，然后再次让编译器生成正确的复制构造函数（以及析构函数！）。在提供的示例中，int m_p; 可以很好地工作。

当涉及多态基类时，这种情况有一个烦恼：复制可能会导致切片。 C++ 是否为这种情况提供了工具？可悲的是，它没有。你必须手写。但请帮自己一个忙，不要将这些问题与课堂上的其他人混为一谈（单一职责原则）。

编写一个拥有单个指针的可重用类（加分项：使其成为模板），在销毁时清理它，并在复制构造函数中执行多态复制（常见的习惯用法涉及虚拟克隆函数）。然后在您的CPoint 中输入该可重用类的值，然后……您猜对了！让编译器生成正确的拷贝构造函数。

Answer 3

除了浅拷贝直接数据成员m_x和m_y，还需要深拷贝指针成员m_p。由于您没有显示此类的构造函数或m_p 真正指向的内容，我将假设m_p 指向int 数组的第一个元素。深度复制需要：

1. 实例化一个与原始数组大小相同（或更大）的 int 新数组
2. 将原始数组中的每个元素复制到新数组中
3. 在克隆对象中设置m_p 指向这个新数组的第一个元素

如何做到这一点的示例：

CPoint* CPoint::clone(CPoint& rhs)
{
  CPoint* ret = new CPoint;
  ret->m_x = rhs.m_x;
  ret->m_y = rhs.m_y;

  size_t m_p_count = /* somehow determine the size of rhs.m_p */;
  ret->m_p = new int[m_p_count];
  std::copy(&rhs.m_p[0], &rhs.m_p[m_p_count], ret->m_p);

  return ret;
}

关于您的代码的几点说明：

1. 最好使用vector<int> 而不是指向int 数组的原始指针。
2. 除了 #1，您应该使用智能指针而不是原始指针
3. 我在上面的代码中没有看到任何方法来确定数组的大小。如果您使用vector<int>，这将很容易——只需调用vecctor<int>::size()。显然，您需要知道数组的大小才能复制它。
4. clone() 类型函数通常仅在通过基类指针复制多态对象时有用。由于您的课程以及您对它的使用不属于这一类，因此clone() 函数首先不是正确的方法。考虑使用复制构造函数和复制赋值运算符，不要忘记也实现析构函数。更好的是，完全避免所有这些东西并关注Rule of Zero。

Answer 4

您必须为CPoint 内的所有指针重新分配内存，并将它们的数据复制到新内存中。在您的情况下，您必须执行以下操作：

CPoint clone()
{
   CPoint p;
   p = *this;
   p.m_p = new int();
   *p.m_p = *m_p;
   return p;
}

Answer 5

您必须问自己：您的对象的每个实例是否都“拥有”它所指向的对象，或者它们是否都引用了其他东西所拥有的公共对象？

当您拥有所有权案例时，每个实例都必须指向一个单独的副本。这意味着您不必复制指针，您必须创建它指向的对象的克隆并将这个新对象分配给副本的指针。

Answer 6

假设 m_p 只指向一个整数（而不是整个数组），克隆可以这样完成：

CPoint* CPoint::clone()
{
    CPoint* cloned = new CPoint(m_x, m_y);
    if (m_p)
    {
        cloned->m_p = new int;
        *cloned->m_p = *m_p;
    }
    return cloned;
}

请注意，此类成员指针的唯一目的是增加具有 NULL 值的额外可能性 - 这可能具有单独的含义。

另请注意，必须执行以下操作以避免内存泄漏和堆损坏：

• 必须“禁用”复制构造函数和赋值运算符（声明为私有）
• 析构函数必须删除 m_p。