《拷贝构造函数：为什么非要&引用？传值和传指针不行吗》

豆浆1231
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问题引入

最近，我在用RAII重构我的项目，了解到了拷贝构造函数的禁用，于是我想，给函数传参有三种方式，传值、传引用、传指针。

为什么拷贝构造函数一定是传引用，传值、传指针不行吗？

先说结论

Myclass(Myclass other)：传值，会导致无限递归直到栈溢出。 之所以发生无限递归现象，是函数调用目的与前提条件的冲突。

Myclass(Myclass* other)：传指针，操作上可以，但远远不如传引用。

传值导致无限递归的2种逻辑推理

当我们调用拷贝构造函数Myclass(const Myclass &other)时，我们想创造一个obj2与obj1完全相同的对象，可以理解为要执行Myclass obj2=obj1;

试着把拷贝构造函数写成MYclass(const Myclass other)，直接传值。

理想情况来说，我们顺利成功调用拷贝构造函数，这个过程：先创建一个形参other，把obj1这个实参对象复制给形参other，再把other这个形参对象传给obj2，完成拷贝传值。

  1. 基于允许调用 传值拷贝构造函数的物理逻辑推理：

第1次调用拷贝构造函数→执行函数，试图拷贝obj1

试图拷贝obj1→第2次调用拷贝构造函数

第2次调用拷贝构造函数→执行函数，试图拷贝obj1

试图拷贝obj1→第3次调用拷贝构造函数

第3次调用拷贝构造函数→试图拷贝obj1

... ...陷入无限递归循环

第n次调用拷贝构造函数→栈爆！💥

这个过程中调用了无数次拷贝构造函数，每调用一次，编译器就会分配一块分配新栈帧（大小为：拷贝构造函数的参数所占内存大小），最后导致栈溢出，还好，编译器根本不允许我们调用传参方法的拷贝构造函数。这不是单纯性能问题，是根本不可行。

  1. 纯逻辑推理：

如果想要调用拷贝构造函数→需要先拷贝obj1作为other

如果想要拷贝obj1→需要调用拷贝构造函数

如果想要调用拷贝构造函数→需要先拷贝obj1

如果想要拷贝obj1→需要调用拷贝构造函数

...陷入无限递归，永远都不会发生任何事情，包括栈爆，也不会发生。

这个过程根本没有产生栈帧，因为没有发生任何一次调用，每句话的开头都是“如果想”，还好，编译器根本不允许我们发生这个递归循环。所以这件事情也是逻辑必然——不能通过拷贝对象来定义如何拷贝对象。

现实现象

讲完了两种逻辑推理，我们明白了不仅仅是物理上会导致无限递归循环从而导致栈爆，从逻辑上来看，存在定义自指矛盾，陷入无限递归循环从而什么也不会发生和执行。那么基于现实，发生了什么：

先看小实验

class Test {
public:
    Test(int) {}           // 普通构造
    Test(const Test other) {}    // 传值的"拷贝构造"（实际编译报错）
};

int main() {
    Test a(1);
    Test b = a;           // 这里触发
}

报错：

image.png

现代 C++ 编译器（C++11+）看到 Test(Test other) 不会把它识别为拷贝构造函数，而是当作普通构造函数。但由于Test 不能隐式转 Test 用于拷贝初始化，参数类型不匹配，编译器会报错 invalid constructor 或 no matching function（旧编译器）。

GCC 内部流程：

源代码 test.cpp

[预处理器] 处理 #include, #define 等

[词法分析] 拆成 token：class, Test, {, public, :, ...

[语法分析] 构建语法树，识别出类定义、函数声明

[语义分析] ⭐检查类型、作用域、合法性 ←在这里报错

[代码生成] 生成机器码（如果前面没报错）

[链接] 链接库文件，生成可执行文件（如果前面没报错）

所以，从现实上，C++标准明确规定拷贝构造函数首参必须是引用类型（T&/const T&），编译器会直接报错invalid constructor，根本编译不过，不会陷入任何一种递归循环。

问题本质

之所以发生无限递归现象，是函数调用目的与前提条件的冲突：

如果是传值方法，拷贝构造函数目的是获取某个对象的值借此创建相同新对象，然而想要达成这一目的，前提条件也是获取某个对象的值，这就导致了无限递归循环，栈爆是随之而来的后果。所以必须用引用（另一种获取对象的值的方法）来打破这个无限递归循环——引用是对象的别名，不需要复制对象本身，只需要绑定到已有对象。

我们明白了不能传值。物理上会导致无限递归循环从而导致栈爆，逻辑上来看，存在定义自指矛盾，问题无解。从现实看，编译器根本不认为这是拷贝构造函数，认为这是一个出错的构造函数并报错。

问题延伸

为什么不能传指针？指针也可以避免拷贝获取某个对象的值啊？

// 1. 语义混乱
class Test2 {
Test(int) {}
Test(const Test* other){}   // 拷贝构造？还是普通构造？
};

// 2. 语法丑陋
Test a(1);
Test b(&a);         //像构造函数传参，而且显然不如Test b = a来得自然

// 3. 空指针风险
Test(nullptr);

根据这三个缺陷，

  1. 语义混乱
  2. 语法丑陋
  3. 空指针风险

结论是：操作上可以传指针，但远远不如传引用。

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