面试题：C++编译器自动生成缺省函数与内存管理

Question

假设我们有一个类，其中包含指向动态分配内存的指针成员。当编译器自动生成四个缺省函数（默认构造函数、拷贝构造函数、赋值运算符重载、析构函数）时，分析在不同场景下（对象创建、拷贝、赋值、销毁）可能出现的内存管理问题，并说明如何通过手动实现这些函数来解决这些问题。

Answer 1

1. 可能出现的内存管理问题

• 对象创建（默认构造函数）：
  • 问题：若默认构造函数没有初始化指针成员指向的动态内存，使用该对象时可能导致未定义行为，因为指针处于未初始化状态。
• 对象拷贝（拷贝构造函数）：
  • 问题：编译器自动生成的拷贝构造函数执行浅拷贝，即仅仅复制指针的值，而非动态分配的内存内容。这意味着多个对象将指向同一块内存，当其中一个对象销毁这块内存时，其他对象的指针就成为野指针，再次访问会导致未定义行为。
• 对象赋值（赋值运算符重载）：
  • 问题：自动生成的赋值运算符重载同样执行浅拷贝，和拷贝构造函数类似，会造成多个对象指向同一块动态内存，并且在释放内存时会产生重复释放的问题，导致程序崩溃。
• 对象销毁（析构函数）：
  • 问题：自动生成的析构函数不会释放指针成员指向的动态内存，从而导致内存泄漏，因为动态分配的内存没有被释放。

2. 手动实现这些函数来解决问题

• 默认构造函数：

class MyClass {
private:
    int* data;
public:
    MyClass() {
        data = new int;
        *data = 0; // 初始化数据
    }
};

• 拷贝构造函数：

class MyClass {
private:
    int* data;
public:
    MyClass(const MyClass& other) {
        data = new int;
        *data = *other.data; // 深拷贝，分配新内存并复制内容
    }
};

• 赋值运算符重载：

class MyClass {
private:
    int* data;
public:
    MyClass& operator=(const MyClass& other) {
        if (this != &other) {
            delete data;
            data = new int;
            *data = *other.data; // 释放原有内存，分配新内存并复制内容
        }
        return *this;
    }
};

• 析构函数：

class MyClass {
private:
    int* data;
public:
    ~MyClass() {
        delete data; // 释放动态分配的内存
    }
};

通过手动实现上述四个函数，分别在对象创建时正确初始化动态内存，拷贝和赋值时执行深拷贝，销毁时释放动态内存，从而解决自动生成的缺省函数带来的内存管理问题。