面试题1：赋值运算函数

题目:如下为类型CMyString的声明,请为该类型添加赋值运算符函数

class CMyString
{
public:
    CMyString(char* pData = NULL) { m_pData = pData; }
    CMyString(const CMyString& str);
    CMyString& operator=(const CMyString& str);
    ~CMyString() {}

private:
    char* m_pData;
};

  当面试官要求应聘者定义一个赋值运算符函数时,他会在检查应聘者写出的代码时关注如下几点:

• 是否把返回值的类型声明为该类型的引用,并在函数结束前返回实例自身的引用(即*this)。只有返回一个引用,才可以允许连续赋值。否则如果函数的返回值是void,应用该赋值运算符将不能做连续赋值。假设有3个CMyString的对象: str1、 str2和str3,在程序中语句strl=str2=str3将不能通过编译。
• 是否把传入的参数的类型声明为常量引用。如果传入的参数不是引用而是实例,那么从形参到实参会调用一次拷贝构造函数。把参数声明为引用可以避免这样的无谓消耗,能提高代码的效率。同时,我们在赋值运算符函数内不会改变传入的实例的状态,因此应该为传入的引用参数加上const关键字。
• 是否释放实例自身已有的内存。如果我们忘记在分配新内存之前释放自身已有的空间,程序将出现内存泄露。
• 是否判断传入的参数和当前的实例(*this)是不是同一个实例。如果是同一个,则不进行赋值操作,直接返回。如果事先不判断就进行赋值,那么在释放实例自身的内存的时候就会导致严重的问题:当 *this和传入的参数是同一个实例时,那么一旦释放了自身的内存,传入的参数的内存也同时被释放了,因此再也找不到需要赋值的内容了。

*经典的解法，适用于初级程序员

  当我们完整地考虑了上述4个方面之后,我们可以写出如下的代码:

//赋值运算函数
CMyString& CMyString::operator=(const CMyString& str)
{
    //①检查自赋值
    if(this == &str)    return *this;
    //②释放原有资源
    delete [] m_pData;
    //③分配新内存资源
    m_pData = new char(strlen(str.m_pData) + 1);
    strcpy_s(m_pData, strlen(str.m_pData) + 1, str.m_pData);
    //④返回本对象的引用
    return *this;
}
//注：③过程可能会出现内存不足分配失败，m_pData成为空指针，程序崩溃

  这是一般C教材上提供的参考代码。如果接受面试的是应届毕业生或者C++初级程序员,能全面地考虑到前面四点并完整地写出代码,面试官可能会让他通过这轮面试。但如果面试的是C++高级程序员,面试官可能会提出更高的要求。

*考虑异常安全性的解法,高级程序员必备

  在前面的函数中,我们在分配内存之前先用delete释放了实例mpData的内存。如果此时内存不足导致new char抛出异常, mpData将是一个空指针,这样非常容易导致程序崩溃。也就是说一旦在赋值运算符函数内部抛出一个异常, CMyString的实例不再保持有效的状态,这就违背了异常安全性(Exception Safety)原则。

  要想在赋值运算符函数中实现异常安全性,我们有两种方法。一个简单的办法是我们先用new分配新内容再用delete释放已有的内容。这样只在分配内容成功之后再释放原来的内容,也就是当分配内存失败时我们能确保CMyString的实例不会被修改。我们还有一个更好的办法是先创建一个临时实例,再交换临时实例和原来的实例。下面是这种思路的参考代码:

CMyString& CMyString::operator=(const CMyString& str)
{
    if (this != &str)       //①检查自赋值
    {
        CMyString tmp(str); //②拷贝构造临时变量
        //③交换当前对象与临时对象的数据。
        char* p = tmp.m_pData;
        tmp.m_pData = this->m_pData;
        this->m_pData = p;
    }
    return *this;
}

  在这个函数中,我们先创建一个临时实例tmp,接着把 tnp.mpData和实例自身的m_pData做交换。由于tmp是一个局部变量,但程序运行到if的外面时也就出了该变量的作用域,就会自动调用 tmp的析构函数,把 tmp.m pData所指向的内存释放掉。由于 tmp.m_pData指向的内存就是实例之前mpData的内存,这就相当于自动调用析构函数释放实例的内存。在新的代码中,我们在CMyString的构造函数里用new分配内存。如果由于内存不足抛出诸如bad_alloc等异常,我们还没有修改原来实例的状态,因此实例的状态还是有效的,这也就保证了异常安全性。如果应聘者在面试的时候能够考虑到这个层面,面试官就会觉得他对代码的异常安全性有很深的理解,那么他自然也就能通过这轮面试了。

测试用例:

• 把一个CMyString的实例赋值给另外一个实例。
• 把一个CMyString的实例赋值给它自己。
• 连续赋值。

本题考点:

• 考查对C++的基础语法的理解,如运算符函数、常量引用等。
• 考查对内存泄露的理解。
• 对高级C++程序员,面试官还将考查应聘者对代码异常安全性的理解。

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测试：

class CMyString
{
public:
    CMyString(char* pData = NULL) { m_pData = pData; }
    CMyString(const CMyString& str);
    CMyString& operator=(const CMyString& str);
    ~CMyString() {}
    void Print()    //添加打印函数，用于测试
    {
        if (m_pData == nullptr) cout << "NULL" <<endl;
        else
            cout << this->m_pData << endl;
    }
private:
    char* m_pData;
};

int main()
{
    char str[] = "Hello World";
    CMyString str1;
    CMyString str2;
    CMyString str3;

    str1 = str;         //赋值
    cout << "str1: " ;
    str1.Print();

    str1 = str1;        //自赋值
    cout << "str1: ";
    str1.Print();

    str3 = str2 = str1;     //连续赋值
    cout << "str2: ";
    str2.Print();
    cout << "str3: ";
    str3.Print();

    return 0;
}

测试结果：