本节书摘来自异步社区出版社《C++面向对象高效编程（第2版）》一书中的第4章，第4.5节，作者： 【美】Kayshav Dattatri，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
C++面向对象高效编程（第2版）复制对象是OOP中的一个很普通的操作。既然在我们的世界中，一切皆是对象，我们肯定会遇到需要某个对象的多个副本的情况。
如第3章所述，在许多不同的情况中都需要复制对象。例如，当按值传递（和按值返回）参数给函数时，就需要制作对象的副本。当函数被调用时，复制操作由语言（编译器）发起，这是一个隐式进行的操作。
当然，对象的副本也可由程序员通过声明显式创建。我们可以编写如下代码：
TPerson p(“John Doe”, “Anytown”, 618552567, “12-22-78”); TPerson q = p;``` 此时，q是p的副本。换言之，q由p创建而来。 复制对象不是一项简单的操作。因为对象不是基本类型，它们是带有关键状态信息的复杂实体。进一步而言，对象中可能包含其他对象，而这些其他对象又可能包含另外的对象，诸如此类。如何复制这些对象？当然，语言可以执行复制操作，但可能并不满足实现者的要求。实现者可能希望在复制期间共享对象内部的某些对象，而编译器无法进行这样的逻辑判断，这就是为什么需要程序员干预的原因。 复制对象不是OOP领域的新问题。不同的语言遵循不同的复制对象方案。接下来，我们介绍C++中的情况，并和其他语言进行对比。 ###4.5.1 简单复制操作的语义 复制对象的一种简单的方法是，不管数据成员的类型，只复制数据成员的值。只需将源对象（source object）数据成员中包含的值复制到目的对象（destination object）相应的数据成员中1。我们再次用TPerson类举例说明。void foo(TPerson thePerson) // foo函数按值接受一个TPerson参数{ // 此处代码不重要，已略去。}main(){ TPerson bar(“Foo Bar”, “Unknown”, 414235056, “6-6-99”); // ... foo(bar); //调用以对象“bar”为参数的foo函数}`调用foo()时，将制作对象bar的副本。在C++中，用复制构造函数完成这样的复制操作，即通过现有对象制作一个该对象的副本。我们在TPerson类中尚未实现复制构造函数，所以，编译器会生成默认复制构造函数（default copy constructor）：`TPerson::TPerson(const TPerson& source)`该复制构造函数将执行数据成员的逐个成员复制（memberwise copy）。复制构造函数中的代码类似图4-8。
TPerson::TPerson(const TPerson& source) : _birthDate(source._birthDate), // 调用TDate的复制构造函数 _name(source._name), _ssn(source._ssn), _address(source._address) { }``` 源对象中的每个成员只是被盲目地复制到目的对象中，这称为浅复制（shallow copy）。如图4-8所示，相应的元素被复制。就像复制整数那样，复制_name数据成员（包含地址234876）中的地址。除了_name和_address数据成员外，这种复制不会有问题。对于TDate类对象，将调用TDate的复制构造函数来制作_birthDate对象的副本。当要离开foo()函数时，局部对象thePerson即将离开作用域，因此语言将通过该对象调用它的析构函数。该析构函数将释放_name和_address所指向的内存。但是，当返回至main()时，源对象bar仍在使用，而且它的数据成员_name仍持有已被析构函数删除的内存地址。现在，bar中的_name（以及_address）  图4-8 便成为悬挂引用。这是使用默认构造函数（或浅复制）存在的问题。 注意： 术语浅复制和深复制（稍后讨论）源自Smalltalk，这些术语通常用于描述复制语义。一般而言，深复制操作意味着递归地复制整个对象，而浅复制则意味着在复制对象的过程中，源对象和副本之间只共享状态。 如果对象不包含任何指针和引用，浅复制完全满足需要。如下所示，TPoint2D类代表2维图形系统中的1个点：class TPoint2D { public: TPoint2D(double x = 0.0, double y = 0.0); DistanceTo(const TPoint2D& otherPoint); // 复制构造函数和赋值操作符省略 – 由编译器提供 // ... 其他细节省略 private: double _xcoordinate; double _ycoordinate;};`编译器生成的简单复制构造函数可以完全满足需要。该类的对象包含两个双精度数，只需复制它们的值即可。
回到TPerson类，我们并不希望复制_name和_address数据成员的值，因为它们是指针。我们希望为它们所指向的内容分配足够的内存，然后复制那些内容。在复制操作完成后，源对象和目的对象之间不会共享任何东西。这就是深复制。
Smalltalk：
Smalltalk为所有类都提供了两种复制对象的方法shallowCopy和deepCopy。在Smalltalk系统中，所有对象都可以使用这些方法。shallowCopy方法创建一个新对象，但该对象与原始对象共享状态；deepCopy方法复制对象及其状态，而且这种复制将为对象内所包含的所有对象进行递归复制。因此，deepCopy的结果是生成一个与源对象完全一样，但互相独立的对象，生成的对象与源对象不共享任何东西。在Smalltalk中，每个类都获得copy方法，而且copy的默认实现就是shallowCopy。需要组合使用shallowCopy和deepCopy的类（很多情况都需要这样）应该实现自己的copy方法。Smalltalk按值传递对象的语义和C++中传递引用几乎等价。然而需要注意的是，一些最新的Smalltalk实现（如VisualWorks）使用了略为不同的复制方案。
Eiffel：
Eiffel在复制对象时，遵循组合的引用—值（reference-value）语义。复制对象的方法称为Clone()，在默认情况下，所有类都可以使用（与Create类似）。该成员函数对基本类型（如整数和字符）进行真正地复制，即复制它们的值。然而，如果原始对象包含对另一个对象的引用，则只复制引用，而不是复制被引用的对象，这与浅复制十分类似。在本书其他章节提到过，在Eiffel中，对象只能包含基本类型或对其他对象的引用。对象不能按值包含另一个对象它只能包含对其他对象的引用2（为了方便共享）。如果类的实现者需要一个不同的复制语义，必须在类中为其他成员函数也提供相应的复制语义。Eiffel并不真正支持按值调用。在Eiffel中，调用函数（或过程）将把形参与实参相关联，这和C++中的引用类似。但不同的是，被调函数不能直接修改实参。换言之，对于任何arg参数，被调函数都不能修改它的值。如果arg是一个基本类型参数，则被调函数不能修改arg的值（它所引用的内容）；如果arg是类类型，则被调函数不能将arg与新对象相关联，或将其与void引用。但是，Eiffel允许函数通过arg调用方法来修改arg。（不能把这种策略和C++的const成员函数混淆。在任何情况下，无论是直接还是间接，都不能修改const成员函数的对象。）鉴于Eiffel的这个特性，函数只可通过预定义的保留名称Result，才能向主调函数返回值，Result可以在函数内部（而不是在过程中）使用。
理解复制对象的另一种方法是将一个对象想象为树的根节点。该对象（节点）可以包含任意数量的对其他对象（节点）的引用（在C++中，也包括任意数量的指向其他对象（节点）的指针）。当我们以树的形式描绘对象图时，它是一棵非常大（深）的树。深复
图4-9
制从树的根节点开始，然后递归遍历整棵树，复制每一个节点。复制操作结束后，我们获得一棵新树，它和原树完全一样。而浅复制只能复制根节点，其他所有节点在原树和副本树之间共享，复制的结果只是一棵带共享节点的树（见图4-9）。
现在，我们来看看具有深复制语义的复制构造函数的实现：
TPerson::TPerson(const TPerson& source) // 初始化适当的数据成员 : _ssn(source._ssn), // 社会安全号码 _birthDate(source._birthDate) // ① 参见图4-10 { // 如果不是NULL，复制_name和_address。 // 需要检查源是否包含非零指针，然后为其分配内存和复制数据。 // 我们已为此编写好Strdup()（参见p.131），现在可以直接使用它。 this->_name = source._name ? Strdup(source._name) : 0; // 以类似方式再次复制_address this->_address = source._address ? Strdup(source._address) : 0; }``` 复制的语义和语言设计 在语言中，复制对象的语义和语言的设计原则密切相关。C++是一种基于值的语言，它采用统一的方式处理对象和基本类型。进行复制时，它把一切都当作值，仅复制值。另外，语言本身无法决定指针和引用用法的语义。这些决定权掌握在实现者手中，他们应该提供复制所需要的所有额外功能。除此之外，实现者还可以提供浅复制和深复制的组合语义。而语言则通过允许实现者提供复制构造函数，来实现各种复制的语义。 Smalltalk是一种基于引用的语言，因此复制对象非常容易。该语言同样以统一的方式处理所有的对象。在Smalltalk中，一切都是对象，因此非常容易遵循统一原则。与C++相比，Smalltalk在复制方面提供更多的功能，它为每个类都提供浅复制和深复制。以上提到的这些功能都很容易完成，因为Smalltalk是基于引用的语言。而且，无用单元收集也内置在Smalltalk系统中。 Eiffel以不同的方式对待基本类型和对象。在该语言中，对象只能包含对其他对象的引用。与Smalltalk类似，无用单元收集是语言本身的一部分。这就是为什么Eiffel只支持浅复制的原因。唯一的缺点是，需要为定义深复制语义的方法另外命名，Clone本身不能修改或覆盖。  图4-10 由于目的对象的_name和_address数据成员都未指向任何资源（因为它们刚由编译器创建），因此我们要为其分配动态内存，并复制所有字符。注意，这里将调用TDate的复制构造函数用于复制_birthDate对象。TPerson类并不知道如何复制TDate类对象，这应该由TDate的复制构造函数负责。在p.140的代码中，①通过_birthDate对象调用了复制构造函数（见图4-10）。 记住： 总而言之，当类包含任何指针、引用或其他对象时，使用默认复制操作都很不安全。不要依赖编译器生成的复制构造函数，应当编写自己的复制构造函数，以提供正确的复制操作。 1这就是在C中复制结构的方法。 2除非类明确指出它需要基于值的对象，而不是引用。