C++ 浅复制和深复制 - 反映向量的 num_items 的变化答案

【问题标题】：C++ Shallow and deep copying - reflecting changes in the num_items of a vectorC++ 浅复制和深复制 - 反映向量的 num_items 的变化
【发布时间】：2014-06-17 13:27:57
【问题描述】：

我目前正在大学学习 C++ 课程。我理解使用向量进行浅拷贝和深拷贝的一般概念，但是我的教科书中有一个例子让我感到困惑。

请假设它是一个实现不佳的向量，没有定义复制构造函数，因此它只执行数据的浅拷贝。

我明白第一部分发生了什么

在声明中

vector<int> v2(v1);

vector v1 作为常量引用参数传递给向量副本构造函数，所以v1不能被改变，那么变量v2就是初始化为向量v1 的副本。每个数据字段将是复制，以后对v2 所做的任何更改都不应影响v1。什么时候 v1.the_data 中的值被复制，v1.the_data 和 v2.the_data 将指向同一个数组

因为v1.the_data 和v2.the_data 指向同一个对象，所以声明
v1[2] = 10;
也改变了v2[2]。因此，v2 被认为是浅拷贝 v1.

但是我很难理解这部分。我不太清楚为什么v2.num_items 在浅拷贝中也不会改变。

声明
v1.push_back(20);
将20 插入v1[5] 并将v1.num_items 更改为6，但将不改v2.num_items。

我目前对此的想法是 v1.the_data 和 v2.the_data 指向内存中的同一个位置，因此它们“共享”同一个向量，因此当将 20 添加到它的末尾时，两个向量都应该获得一个额外的整数。

如果能帮助我理解为什么在修改 v1 时不会更改 v2 的项目数，我将不胜感激。

【问题讨论】：

在您教科书的“引用部分”中？！
除非引用的部分描述了错误实现向量的行为，否则它就是垃圾。
它来自我的导师提供的讲义。我认为它是一个错误实现的向量。我将编辑我的帖子以明确这一点。

标签： c++ vector copy deep-copy shallow-copy

【解决方案1】：

假设我们谈论的是标准std::vector：

当你在这个语句中复制向量时：

vector<int> v2(v1);

v2 是通过复制 v1 的每个元素来构建的。 v1 和 v2 不共享任何内存。

这部分：

v1.the_data 和 v2.the_data 都将指向同一个数组

因为 v1.the_data 和 v2.the_data 指向同一个对象，

错了。

您可以通过将每个向量的底层数组地址与data()member function 进行比较来说服自己。

编辑：

假设你足够疯狂以至于不使用 std::vector 并使用在复制时会“共享”其后端数组的实现（我不会谈论这种设计的问题：谁拥有数组？谁 delete[] 它?)

你老师提出的问题是，当v1被修改（例如添加一个元素）时，v2不知道它，并且大小不变。

对一个向量所做的任何push_back（或类似的）都应该被数组的所有其他所有者观察，以正确反映数组的大小。

要么：

1) 你实现了某种观察者模式，让每个向量都知道任何修改（这比听起来要困难）

2) 您使用技巧将长度存储在后端数组本身中。

当通过向量引用之一修改“共享”数组时，您会遇到类似的问题，使每个迭代器都无效......一场噩梦！ STL 容器全部被设计为管理自己的内存是有充分理由的，因此总是提供深拷贝语义。

【讨论】：

编辑了我的问题，假设它不是 std::vector。如果它是 std::vector 的实现，我假设它会执行深层复制。

【解决方案2】：

您的教科书是否在谈论标准库中的std::vector？如果是这样，那就错了。 vector<int> v2(v1); 复制结构 v2 来自v1。这是一个深拷贝，两个容器不共享存储，完全分开。

相反，如果这是一个糟糕实现的vector 类并且容器共享存储，那么更改一个现有元素将反映在另一个中。像push_back 这样的操作改变了一个容器的num_items 但没有改变另一个容器的大小，这会导致它们在大小上存在分歧。

【讨论】：

对不起，我应该添加一个假设，即它没有使用 std::vector 而是一个糟糕的实现。
@juleszero：更新以反映矢量类设计不佳的问题之一。

【解决方案3】：

该语句似乎假设了一个特定的实现 vector（不符合std::vector）。认为，例如，我们有一个非常幼稚的实现：

template <typename T>
class Vector
{
    T* myData;
    int mySize;
    int myCapacity;
public:
    void push_back( T const& newValue )
    {
        if ( mySize == myCapacity ) {
            //  Extend the capacity...
        }
        myData[mySize] = newValue;
        ++ mySize;
    }
    T& operator[]( int index )
    {
        return myData[index];
    }
};

如果你没有复制构造函数，当你复制向量时，所有三个变量的结果都是一样的：两个向量都有指向相同数据、相同大小和相同容量的指针。但这些是副本：当你使用[]时，你修改了内存由myData 指向，这在两个向量中是相同的；什么时候你在v1 上执行push_back，你更新v1 的size，在其大小的本地副本中。

当然，这个实现在很多方面都是幼稚的。像std::vector 这样的良好实现需要相当多的思考，不仅仅是因为如果需要深拷贝语义，但也出于异常安全的原因（ T 的构造函数可能会抛出），并避免强加不必要的要求（特别是默认构造函数）。

另外，如果我尝试使用实现不佳的向量作为浅拷贝的示例，我不会将其称为 vector，因为这会立即让人联想到 std::vector 的形象，这应该不差已实现（并且不在我所知道的库实现中）。

【讨论】：

【解决方案4】：

理解这个问题中的陈述的问题是我们是否必须将向量视为 std::vector 或作为理论实现。 std::vector 不允许浅拷贝，原因在语句中给出：因此不能尊重不变量。

现在采用“the_data”和“num_items”成员的理论实现。这里复制向量应该给出一个深拷贝，但仅仅复制“the_data”会给出一个浅拷贝，因为只复制了一个指针。这带来了几个问题：调整一个向量中的实际数据将导致另一个向量中的状态不一致，并且无法再进行内存管理。

【讨论】：