不可否認(rèn)， C++ 在過去十年乃至現(xiàn)在一直都是 windows 平臺上的主流開發(fā)語言，而來勢兇猛的 .NET 勢必開辟一個嶄新的局面，從目前的種種跡象來看， .NET 是大勢所趨，而 C# 作為 .NET 平臺上的第一開發(fā)語言自然備受關(guān)注，于是有很多程序員紛紛轉(zhuǎn)向 C# ，這其中當(dāng)然不乏 C++ 程序員。情況往往是這樣，從一種語言過渡到另一種語言，哪怕是比較相似的語言，程序員也經(jīng)常無意識地陷入原開發(fā)語言的思維定勢，這樣的結(jié)果通常只有一個，那就是導(dǎo)致連程序員自己也始終想不通的錯誤。本文由某 C++ 程序員提出的“難道 C# 中沒有拷貝構(gòu)造函數(shù)？”這一問題引出 C++ 與 C# 某些語言特性的對比。

一．發(fā)生了什么？

如果你是正在轉(zhuǎn)向 C# 的 C++ 程序員，你一定對 C# 中的類沒有拷貝構(gòu)造函數(shù)和很少發(fā)生賦值運算符的調(diào)用感到不可理解，而且你看到的很多語句并不是像你想象的那樣執(zhí)行，比如

// 假設(shè) Student 是一個類 （ C# ）

Student s1 = new Student() ;

Student s2 ;

s2 = s1 ; // 此語句將發(fā)生什么？

因為你是一個熟練的 C++ 程序員，所以你在潛意識中就已經(jīng)斷定語句 Student s2 ; 將會在棧中生成一個 Student 對象（即實例），而語句 s2 = s1 ; 將會調(diào)用賦值運算符。即上述語句執(zhí)行完后，會產(chǎn)生如下內(nèi)存布局

<shapetype id="_x0000_t75" stroked="f" filled="f" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" o:preferrelative="t" o:spt="75" coordsize="21600,21600"></shapetype><stroke joinstyle="miter"></stroke><formulas></formulas><f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></f><f eqn="sum @0 1 0"></f><f eqn="sum 0 0 @1"></f><f eqn="prod @2 1 2"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0 1"></f><f eqn="prod @6 1 2"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600 0"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600 0"></f><lock aspectratio="t" v:ext="edit"></lock><shape id="_x0000_i1025" style="WIDTH: 248.25pt; HEIGHT: 115.5pt" type="#_x0000_t75"></shape><imagedata o:title="stack&amp;heap03" src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.jpg"></imagedata>

錯了，全錯了！！！

在 C# 中卻不是這樣。我先解釋上述語句在 C# 中是怎樣執(zhí)行的。

Student s1 = new Student() ;

上面的代碼將會在堆中生成一個對象，并且讓引用 s1 指向這個對象，而引用 s1 本身位于棧中，占用四個字節(jié)（在 32 位處理器上，即一個指針的長度）。

<shape id="_x0000_i1026" style="WIDTH: 220.5pt; HEIGHT: 102pt" type="#_x0000_t75" o:ole=""></shape><imagedata o:title="" src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image003.wmz"></imagedata>

Student s2 ;

該聲明將會在棧中生成一個長度位 4 字節(jié)的引用變量 s2 ，并且缺省為 null ，即該引用不指向任何實例。

s2 = s1 ;

該賦值語句并沒有調(diào)用賦值運算符，而是僅僅使 s2 指向 s1 所指向的對象。所以上述語句執(zhí)行完后，內(nèi)存布局大致如下圖

<shape id="_x0000_i1027" style="WIDTH: 239.25pt; HEIGHT: 111pt" type="#_x0000_t75"></shape><imagedata o:title="stack &amp; heap 02" src="file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image005.jpg"></imagedata>

想要明白為什么，先要知道 C# 與 C++ 引用的區(qū)別。

二． C# 與 C++ 的引用區(qū)別

由上述簡單的例子就會看到“引用”在 C# 和 C++ 中的表現(xiàn)是多么的不一樣，其主要區(qū)別可以表述為一句話：

C++ 中的引用是緊綁定的，而 C# 中的引用是松綁定的。

C++ 中的引用使用“ & ”符號聲明，而且聲明時必須被初始化為一個有效的對象，而且引用一經(jīng)初始化后，就不能再次賦值（即不能再令其指向其它對象），因此在 C++ 中編譯器認(rèn)為所有的引用都是有效的，不必進行類型檢查等，這是 C++ 中引用沒有指針靈活卻比指針高效的原因。可以這么說，在 C++ 中，因為引用與對象是緊綁定的，我們可以認(rèn)為 引用就是對象本身。 正如棧對象的名字就是棧對象本身一樣。也可以這么想， C++ 中的引用只是某個對象的一個別名，這個名字僅僅因為這個對象的存在而存在。

請看如下 C++ 代碼

// c++

Student s1 ;

Student& s2 = s1; //s2 是棧對象 s1 的別名

... ...

Student s3 ;

s2 = s3; // 非法！！！ s2 不能再成為對象 s3 的別名

s3 = s2 ; // 將調(diào)用賦值運算符

正是由于 C++ 中的緊綁定特性，所以上面最后一條語句會調(diào)用賦值運算符，使對象 s2 和 s3 處于一樣的狀態(tài)。

再看看 C# 。

在 C# 中只有兩種類型的數(shù)據(jù)：值類型和引用類型。值類型通常是基本數(shù)據(jù)類型，如 int ， double ，還有 struct 等；而所有的自定義的類，還有數(shù)組、代表、接口等都是引用類型。由于這樣的約定，所以你就不必對 C# 中沒有“ & ”引用符而感到奇怪了。

所有的值類型對象永遠(yuǎn)只在棧中分配，即使你對值類型使用了 new ；

//C#

int age = new int(24) ; // 仍然在棧中為 age 分配空間 ，與語句 int age = 24 ; 等價。

同樣所有引用類型對象永遠(yuǎn)只在堆中創(chuàng)建。要生成引用類型的實例一定要用 new ，而 new 返回的引用通常保存在棧中。僅僅聲明引用類型對象，就相當(dāng)于聲明了一個空指針（即 C# 中的引用可以為空，這在 C++ 中是不允許的），只是在棧中分配了 4 個字節(jié)給這個引用，在該引用沒有賦值之前（即沒有指向有效的堆內(nèi)存），不能使用該引用，因為該引用為空。

//C#

Student s5 ; // 僅僅聲明一個引用，并沒有創(chuàng)建任何對象

s5 = new Student() ; // 在堆中創(chuàng)建一個對象，并讓 s5 指向該對象

其實， C# 中的引用更像 C++ 中的指針，也就是說

C# 中的引用是具有指針語義的引用。

所以， C# 中的引用賦值就像 C++ 中的指針賦值一樣，僅僅是讓其指向另外的對象。也就是說 C# 中使用的是最淺層次的拷貝。引用相互賦值時，僅僅是引用的值（表示邏輯內(nèi)存地址數(shù)據(jù)）發(fā)生了改變，而對引用指向的對象的狀態(tài)沒有絲毫的影響――如果說有影響，那就是僅僅改變了 GC 對該對象的引用計數(shù)。

正是由于 C# 中的引用具有指針的語義，才方便了 GC 對對象的引用計數(shù)。當(dāng)某個對象的引用計數(shù)變?yōu)? 0 時， GC 就會釋放這個對象，這就是 C# 中自動內(nèi)存管理的基本原理。

三．引用傳遞和值傳遞

在 C++ 中按值傳遞對象時，會調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)生成對象的副本，那么對應(yīng)的 C# 中也是這樣的嗎？

無論是在 C++ 中還是在 C# 中，當(dāng)變量或?qū)ο笞鳛楹瘮?shù)參數(shù)進行傳遞時都有兩種方式：按值傳遞和按引用傳遞。

所謂按值傳遞是指在函數(shù)體內(nèi)部使用的是對象的副本，在 C++ 中這個副本是調(diào)用對象的拷貝構(gòu)造函數(shù)完成的，而函數(shù)對副本的修改不會影響原來的對象。如

//C++

void Fun1(Student ss)

{

... ... // 對 ss 進行處理和修改――實際處理的是傳入對象的副本

}

... ...

Student s7 ;

Fun1(s7) ;// 此函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，對象 s7 的狀態(tài)并沒有改變

... ...

所謂按引用傳遞是指傳給函數(shù)的實際上是對象的地址，這樣函數(shù)對對象的修改就會反應(yīng)在對象中，使對象的狀態(tài)發(fā)生變化。如

//C++

void Fun2(Student& ss)

{

... ... // 對 ss 進行處理和修改

}

... ...

Student s8 ;

Fun2(s8) ;// 此函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，對象 s8 的狀態(tài)發(fā)生改變

... ...

在 C++ 中，可以通過指針和“ & ”引用符實現(xiàn)引用傳遞。上面的例子用到了“ & ”引用符號，其實換成指針也可以達到同樣的效果。如果我們再進一步去想，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用指針進行引用傳遞時，也發(fā)生了復(fù)制，只不過復(fù)制的是指針的值（即對象的地址），而不是復(fù)制指針指向的對象。這可以通過如下例子得到證明。

//C++

void Fun3(Student* ss)

{

... ... // 對 ss 指向的對象進行處理和修改

ss = NULL ;

}

... ...

Student* s9 ;

Fun3(s9) ;// 此函數(shù)調(diào)用結(jié)束后， s9 指向的對象的狀態(tài)發(fā)生了改變

... ...

但是在 Fun3 （ s9 ）調(diào)用完后， s9 并不是 NULL ，這說明 Fun3 中使用的是指針 s9 的副本。如果再進一步，我們可以猜測用“ & ”符實現(xiàn)引用傳遞時也發(fā)生了同樣的故事。事實上也是這樣， C++ 中的引用只是一個受限卻更加安全的指針而已。

那么按引用傳遞和按值傳遞各有什么好處了？

按引用傳遞不需要發(fā)生拷貝行為，因此速度快，特別是大對象時，這種優(yōu)勢很明顯。按值傳遞時對傳入對象的修改實際是對對象副本的修改，不會影響原對象的狀態(tài)。

你也許會想到如果采用 const 引用傳遞那么就可以得到雙倍的好處，可以這么說，但是不要走極端。

一般而言，將不允許改變的大對象作為 const 引用傳遞給函數(shù)是很合適的，但如果是簡單類型或自定義的小對象直接用值傳遞就可以了。

如果外界一定要看到函數(shù)對對象的修改，那么只有一條路 ―― 按引用傳遞。

在 C# 中情況卻發(fā)生了變化， C# 中的引用類型的對象都是按引用傳遞且只能按引用傳遞。而值類型對象（或者稱為變量），通常情況下是按值傳遞的。如果要按引用傳遞值類型對象，那么就要使用關(guān)鍵字 ref 或 out 。 ref 和 out 的唯一區(qū)別是 ref 用修飾參數(shù)時要求傳入的變量被初始化過。

由于類是引用類型，而所有的引用類型的對象的傳遞都是引用傳遞，所以在此過程中根本不會發(fā)生拷貝函數(shù)的調(diào)用。照這樣看來，根本就沒有必要有拷貝構(gòu)造函數(shù)了。

我想現(xiàn)在你已經(jīng)知道了 C# 中為什么不需要拷貝構(gòu)造函數(shù)和很少調(diào)用賦值運算符了。你也許會問既然是很少調(diào)用賦值運算符，那一定還有調(diào)用賦值運算符的情況存在，那么這種情況是怎樣的？那是因為類的相仿體――結(jié)構(gòu) struct 。

四． struct

C++ 中的 struct 和 class 幾乎沒有任何差別，唯一的差別在于 struct 的成員默認(rèn)是公有的，而 class 的成員默認(rèn)是私有的。然而情況在 C# 中發(fā)生了本質(zhì)的變化，因為 C# 中的 struct 是值類型的，而 class 是引用類型的。從下面的分析可以看出 C# 的創(chuàng)造者在這點設(shè)計上真是獨具匠心。那么好處在哪里？

C# 中所有值類型都在棧中創(chuàng)建，在棧中創(chuàng)建對象較之在堆中創(chuàng)建對象的優(yōu)勢在于：效率更高。因為在堆中分配對象之前要采用一定的算法尋找合適的內(nèi)存塊，而這可能是很費時間的，而創(chuàng)建值類型對象直接壓棧就可以了；還有棧對象在函數(shù)返回時會自動釋放，而堆對象要由 GC 來處理。如果我們設(shè)計的是一個不太大的類，而且其實例很少在函數(shù)間傳遞（因為函數(shù)間按非引用傳遞值類型對象會發(fā)生復(fù)制），那么我們可以考慮將其實現(xiàn)為 struct 來代替 class 。

既然 struct 是值類型，當(dāng)兩個同類型的 struct 相互賦值時，自然就會調(diào)用 struct 的賦值運算符。

另外，經(jīng)過我的驗證，在 C# 中確實沒有提供拷貝構(gòu)造函數(shù)，但是你可以通過重載構(gòu)造函數(shù)來變相地得到拷貝構(gòu)造函數(shù)，這個技術(shù)的實現(xiàn)是很簡單的，此處就不多說了。

講到這里，已經(jīng)差不多了，所以你不必在為像“為什么 C# 中沒有拷貝構(gòu)造函數(shù)？”、“為什么 C# 中很少看到賦值運算符的調(diào)用？”這樣的問題而疑惑了 ：）

C++轉(zhuǎn)向C#的疑惑：難道C#中沒有拷貝構(gòu)造函數(shù) ？