c++ - 如果将变量设置为新对象，旧对象会发生什么情况？

Question

假设我们有一个类 X，它没有有一个重载的 operator=() 函数。

class X {
    int n;

    X() {n = 0;}
    X(int _n) {n = _n;}
};

int main() {
    X a;    // (1) an object gets constructed here

    // more code...

    a = X(7);    // (2) another object gets constructed here (?)

    // some more code...

    a = X(12);    // (3) yet another object constructed here (?)
    return 0;
}

是否在(2)处构造了一个新对象？如果是，在 (1) 处构造的旧对象会发生什么情况？它是自动销毁还是释放(是哪个)？是否被覆盖？

在代码 (3) 的下方发生了什么？

最重要的是，是否有可能通过编写上述代码导致内存泄漏？

Answer 1

您需要了解的是，作为新手，您不知道编译器生成的许多“隐式”代码。我们将使用您的 class X 代码作为直接示例:

class X {
    int n;
public: //You didn't include this, but this won't work at all unless your constructors are public
    X() {n = 0;}
    X(int _n) {n = _n;}
};

在代码变成目标代码之前，但在你的编译器得到你的类定义之后，它会将你的类转换成看起来(大致)像这样的东西:

class X {
    int n;
public:
    X() {n = 0;} //Default-Constructor
    X(int _n) {n = _n;} //Other Constructor
    //GENERATED BY COMPILER
    X(X const& x) {n = x.n;} //Copy-Constructor
    X(X && x) {n = x.n;} //Move-Constructor
    X & operator=(X const& x) {n = x.n; return *this;} //Copy-Assignment
    X & operator=(X && x) {n = x.n; return *this;} //Move-Assignment
    ~X() noexcept {} //Destructor
};

关于何时自动创建这些成员的规则并不是很明显 (A good starting reference here)，但现在，您可以相信，在这种情况下，这正是发生的事情。

因此，在您的 main 函数中，让我们回顾一下发生了什么，并通过注释引起注意的细节:

int main() {
    X a; //Default-Constructor called
    a = X(7);//Other Constructor called, then Move-Assignment operator called,
    //then Destructor called on temporary created by `X(7)`
    a = X(12); //Same as previous line

    return 0;
    //Destructor called on `a`
}

我们将添加更多行来显示这些调用的大部分(如果不是全部)各种排列:

int main() {
    X a; //Default-Constructor
    X b = a; //Copy-Constructor (uses copy-elision to avoid calling Default + copy-assign)
    X c(5); //Other Constructor
    X d{7}; //Also Other Constructor
    X e(); //Declares a function! Probably not what you intended!
    X f{}; //Default-Constructor
    X g = X(8); //Other Constructor (uses copy-elision to avoid calling Other + move-assign + Destructor)
    X h = std::move(b); //Move-Constructor (uses copy-elision to avoid calling Default + move-assign)
    b = c; //Copy-assignment
    b = std::move(d); //Move-assignment
    d = X{15}; //Other Constructor, then Move-Assignment, then Destructor on `X{15}`.
    //e = f; //Will not compile because `e` is a function declaration!
    return 0;
    //Destructor on `h`
    //Destructor on `g`
    //Destructor on `f`
    //Destructor will NOT be called on `e` because `e` was a function declaration, 
    //not an object, and thus has nothing to clean up!
    //Destructor on `d`
    //Destructor on `c`
    //Destructor on `b`
    //Destructor on `a`
}

这应该涵盖基础知识。

And most importantly, is there ever a chance of causing a memory leak by writing code like in the above?

正如所写，没有。但是，假设您的类(class)做了这样的事情:

class X {
    int * ptr;
public:
    X() {
        ptr = new int{0};
    }
};

现在，您的代码会泄漏，因为每次创建 X 时，您都会有一个永远不会被删除的指针。

要解决这个问题，您需要确保 A) 析构函数正确清理指针，以及 B) 您的复制/移动构造函数/运算符是正确的。

class X {
    int * ptr;
public:
    X() {
        ptr = new int{0};
    }
    X(int val) {
        ptr = new int{val};
    }
    X(X const& x) : X() {
        *ptr = *(x.ptr);
    }
    X(X && x) : X() {
        std::swap(ptr, x.ptr);
    }
    X & operator=(X const& x) {
        *ptr = *(x.ptr);
        return *this;
    }
    X & operator=(X && x) {
        std::swap(ptr, x.ptr);
        return *this;
    }
    ~X() noexcept {
        delete ptr;
    }
};

如果按原样在您的main 函数或我的函数中使用，此代码将不会泄漏内存。但是，当然，如果您这样做并不能阻止泄漏:

int main() {
    X * ptr = new X{};
    return 0;
    //Whelp.
}

一般来说，如果您根本不需要使用指针，建议您改用 std::unique_ptr 之类的东西，因为它免费提供了大部分内容。

int main() {
    std::unique_ptr<X> ptr{new X{}};
    return 0;
    //Destructor called on *ptr
    //`delete` called on ptr
}

这在您的原始类(class)中是个好主意，但需要注意的是，除非您明确更改它，否则您的类(class)将不再可复制(尽管它仍然是可移动的):

class X {
    std::unique_ptr<int> ptr;
public:
    X() {
        ptr.reset(new int{0});
    }
    X(int val) {
        ptr.reset(new int{val});
    }
    //X(X && x); //auto generated by compiler
    //X & operator=(X && x); //auto generated by compiler
    //~X() noexcept; //auto generated by compiler

    //X(X const& x); //Deleted by compiler
    //X & operator=(X const& x); //Deleted by compiler
};

我们可以看到我以前版本的main的变化:

int main() {
    X a; //Default-Constructor
    //X b = a; //Was Copy-Constructor, no longer compiles
    X c(5); //Other Constructor
    X d{7}; //Also Other Constructor
    X f{}; //Default-Constructor
    X g = X(8); //Other Constructor (uses copy-elision to avoid calling Other + move-assign + Destructor)
    X h = std::move(c); //Move-Constructor (uses copy-elision to avoid calling Default + move-assign)
    //b = c; //Was Copy-assignment, no longer compiles
    c = std::move(d); //Move-assignment
    d = X{15}; //Other Constructor, then Move-Assignment, then Destructor on `X{15}`.
    return 0;
    //Destructor on `h`
    //Destructor on `g`
    //Destructor on `f`
    //Destructor on `d`
    //Destructor on `c`
    //Destructor on `a`
}

如果你想使用 std::unique_ptr，但也希望生成的类是可复制的，你需要使用我讨论的技术自己实现复制构造函数。

应该就这些了!如果我遗漏了什么，请告诉我。