コピー制御

Q: Q：=default [和] =delete [どんな役割がある]？

A：> - = default：コンパイラに[デフォルトの][実装]（[メンバーごとの]コピー）を[生成]させる > - = delete：[特定の]関数を[無効化]する（[コピーの禁止]など）

[第]29[課では]コンストラクタ[の応用]について学びました。

[ただし、もし][objectをコピー]、[valueobjectに代入]、[objectを移動]する場合、C++には[一連の][コピーに関するルール]があります。

[このルールを理解して]、[初めて正しい]クラスを作成できる。

1. [三五の法則]（Rule of Three/Five）

(1) 1.1 [三五法則]とは何か？

[もしあなたの]クラス[が以下のいずれかの]関数を[カスタマイズする必要がある]場合、[その際は][関連するすべての]関数を[カスタマイズしなければなりません]：

[バージョン]	[管理が必要な]関数	[説明]
[三法則]（C++98）	1. デストラクタ`br` 2. コピーコンストラクタ`br` 3. コピー代入演算子	[動的メモリ][を使用する場合に必要]
[五つの法則]（C++11）	[三つの法則] +`br`4. 移動コンストラクタ`br`5. 移動代入演算子	C++11 [導入]移動セマンティクス

(2) 1.2 [なぜ「3-5の法則」が必要なのか]？

[そのうちの1つをカスタマイズする必要がある場合]、[説明]クラス[内には][特別な処理が必要なリソース]（[例えば]動的メモリ、ファイル[ハンドル]）が含まれています。

例：[三法則に従わないことによる結果] (難易度 ⭐⭐)

▶ サンプル 2: codeexample (難易度 ⭐)

CPP

#include iostream
#include cstring

class BadString {
private:
 char* data;
 
public:
 // ...
 BadString(const char* s) {
 data = new char[strlen(s) + 1];
 strcpy(data, s);
 }
 
 // ❌ YesDefinecopy constructor、value、destructor
 // （）
};

int main() {
 BadString s1("Hello");
 BadString s2 = s1; // ❌：s1.data and s2.data
 
 // main，s2 （ data）
 // s1 （ data，）→！
 
 return 0;
}

▶ 試してみよう

[結果]： プログラムが[クラッシュ]する（[同一のメモリ領域を繰り返し解放]するため）。

[修正]： [3つの法則に従う]、[3つすべてをカスタマイズする]関数。

2. コピー代入演算子 *

基本的な使い方

CPP

#include iostream
#include cstring

class MyString {
private:
 char* data;
 
public:
 // ...
 MyString(const char* s) {
 data = new char[strlen(s) + 1];
 strcpy(data, s);
 }
 
 // ...
 MyString(const MyString& other) {
 data = new char[strlen(other.data) + 1];
 strcpy(data, other.data);
 }
 
 // ...
 MyString& operator=(const MyString& other) {
 if (this != &other) { // ...
 delete data; // ...
 data = new char[strlen(other.data) + 1];
 strcpy(data, other.data);
 }
 return *this;
 }
 
 // ...
 ~MyString() {
 delete data;
 }
};

int main() {
 MyString s1("Hello");
 MyString s2("World");
 
 s2 = s1; // ✅ callingvalue
 
 return 0;
}

💡 [重点]： 代入演算子のコピー[確認要][自己代入]値（if (this != &other)）。

3. 移動セマンティクス（C++11）*

(1) 3.1 なぜ[移動]が必要なのでしょうか？

[もし][一時的な]オブジェクト（[まもなく破棄される]もの）があるなら、[その内容をコピーするのは無駄]だ――[それよりも]そのリソースを「[盗む]」ほうがよい。

例：[移動を使って不要なコピーを避ける] (難易度 ⭐⭐)

CPP

#include iostream
#include cstring

class MyString {
private:
 char* data;
 
public:
 // （C++11）
 MyString(MyString&& other) noexcept {
 data = other.data; // ...
 other.data = nullptr; // other
 }
 
 // （C++11）
 MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {
 if (this != &other) {
 delete data; // ...
 data = other.data; // ...
 other.data = nullptr; // other
 }
 return *this;
 }
};

int main() {
 MyString s1("Hello");
 MyString s2 = std::move(s1); // ✅ callingconstructor
 // s1.data nullptr，s2.data
 
 return 0;
}

💡 [ヒント]： std::move() [lvalueを]rvalue参照に[変換]することで、[moveコンストラクタ[または]move代入演算子]を[呼び出す]。

4. = デフォルト [和] = 削除*

(1) 4.1 [用] = デフォルト [让]コンパイル[器がデフォルトの実装を生成する]*

[もしあなたの]クラス[に特別なコピーロジックが必要ない場合]、= default [を使って]コンパイラに[デフォルトのものを]生成させることができます。

CPP

#include iostream
#include string

class Student {
private:
 std::string name;
 int age;
 
public:
 //、、
 Student(const Student& other) = default;
 Student& operator=(const Student& other) = default;
 ~Student() = default;
};

int main() {
 Student s1;
 Student s2 = s1; // ✅ callingdefault copy constructor
 
 return 0;
}

💡 [ヒント]： [もし]クラス[の中に] STL 型（std::string、std::vector [など]）しか含まれていない場合は、= default [を使えば] [十分]です。

(2) 4.2 [用] = delete [コピー禁止]*

[もし]class[がコピーされるのを防ぎたい場合]（[シングルトンパターンなど]）、= delete [を使用して] [コピーを禁止]することができます。

CPP

#include iostream

class Singleton {
private:
 Singleton() {} // ...
 
public:
 // ...
 Singleton(const Singleton&) = delete;
 Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
 
 static Singleton& getInstance() {
 static Singleton instance;
 return instance;
 }
};

int main() {
 Singleton& s = Singleton::getInstance();
 // Singleton s2 = s; // ❌ compilation：copy constructor
 
 return 0;
}

5. 演習：[完全版] MyString クラス*

▶ サンプル 1: [完全な] MyString クラスを実装する (難易度 ⭐⭐⭐)

CPP

#include iostream
#include cstring

class MyString {
private:
 char* data;
 int length;
 
public:
 // ...
 MyString(const char* s = "") {
 length = strlen(s);
 data = new char[length + 1];
 strcpy(data, s);
 }
 
 // ...
 MyString(const MyString& other) {
 length = other.length;
 data = new char[length + 1];
 strcpy(data, other.data);
 }
 
 // ...
 MyString(MyString&& other) noexcept {
 data = other.data;
 length = other.length;
 other.data = nullptr;
 other.length = 0;
 }
 
 // ...
 MyString& operator=(const MyString& other) {
 if (this != &other) {
 delete data;
 length = other.length;
 data = new char[length + 1];
 strcpy(data, other.data);
 }
 return *this;
 }
 
 // ...
 MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {
 if (this != &other) {
 delete data;
 data = other.data;
 length = other.length;
 other.data = nullptr;
 other.length = 0;
 }
 return *this;
 }
 
 // ...
 ~MyString() {
 delete data;
 }
 
 // ...
 void print() const {
 if (data) std::cout << data;
 }
 
 int size() const {
 return length;
 }
};

int main() {
 MyString s1("Hello");
 MyString s2 = s1; // ...
 
 s1.print(); // Hello
 std::cout << std::endl;
 
 s2.print(); // Hello
 std::cout << std::endl;
 
 return 0;
}

▶ 試してみよう

❓ よくある質問

Q：[どのような場合に]コピーコンストラクタを定義すべきか？ A：[クラス内に]（[動的メモリを]指す）ポインタ型のメンバがある[場合]。

クラスに基本型（int、double）[または] STL型（std::string、std::vector）しか含まれていない場合は、[独自に実装する必要はない]――コンパイラが[自動的に正しく動作するコードを生成する]（STL型は[ディープコピーを独自に実装している]）。

Q：=default [和] =delete [どんな役割がある]？ A：> - = default：コンパイラに[デフォルトの][実装]（[メンバーごとの]コピー）を[生成]させる > - = delete：[特定の]関数を[無効化]する（[コピーの禁止]など）

[推奨] = default [手書きのコピーロジックの代替]（[特別なロジックが必要ない場合]）。

Q：[コピーコンストラクタを記述しない場合]、[どうなる]？ A：コンパイラが[自動的に][デフォルトの]コピーコンストラクタを生成する（[メンバーごとに]コピーを行う）。

[ただし、]クラス[に]ポインタのメンバがある場合、[デフォルトでは][浅いコピー]が行われ（[ポインタの]値のみがコピーされ、[ポインタが指す内容はコピーされない]）、[その結果、メモリが重複して解放されてしまう]。

📖 まとめ

[三法則]：[デストラクタ]、[コピーコンストラクタ]、[コピー代入]のいずれかを[カスタマイズする必要がある場合]、[3つすべてをカスタマイズしなければならない]
[5つの法則]：C++11 [以降]では、[移動コンストラクタと]移動代入も追加される
[用] = default [コンパイラにデフォルトの実装を生成させる]
[用] = delete [特定の]関数を禁止する
移動セマンティクス[不要なコピーを回避できる]、[効率が向上する]

📝 練習問題

初心者（難易度 ⭐）： Pointというクラスを定義し、xとyの[2つの]メンバを[含む]。

[3つの法則に従う]、[独自に]コピーコンストラクタ、コピー代入演算子、デストラクタを実装する
main [でコピーをテスト]

中級（難易度 ⭐⭐）： [定義する] DynamicArray クラス（[動的]配列）、[以下を含む]：

int* data（[ヒープ上の]配列）
int size（array[大小]）

[5つのルールに従い]、[すべての特殊な]メンバ関数を実装する。

上級（難易度 ⭐⭐⭐）： [拡張] DynamicArray クラス、[追加]：

void push_back(int x)：[配列の末尾に要素を追加]（[容量が不足している場合]、[元の]2[倍]に拡張）
void pop_back()：[末尾の要素を削除]

コピーコンストラクタ：[同]typeobject[を基に新しい]objectを初期化する

代入演算子のコピー：= 演算子のオーバーロード
[3]/[5の法則]：[1つをカスタマイズする場合、通常はすべてをカスタマイズする必要がある]
[浅いコピー] 対 [深いコピー]：ポインタ型メンバー[深いコピーが必要]
delete 関数[コピーを阻止]：= delete

6. 🚀 次は

[コピー制御と]moveセマンティクスを学んだので、[次は] 継承（[第]31[回]）を学びます―― [これにより]クラス[間で]「[親子]」[関係]を形成し、[コードの][再利用]を実現します！

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