構造体

[C++] 構造体のコピー方法と注意点

2025-01-18更新日: 2025-01-18

C++で構造体をコピーする方法は、主に代入演算子=を使用する方法と、コンストラクタやメンバ関数を利用する方法があります。

デフォルトでは、C++の構造体は「シャローコピー(浅いコピー)」が行われます。

これは、メンバ変数がポインタの場合、ポインタのアドレスのみがコピーされ、実際のデータは共有される点に注意が必要です。

このため、コピー先と元の構造体でデータの競合やメモリリークが発生する可能性があります。

深いコピーを行う場合は、コピーコンストラクタや代入演算子を明示的に定義し、ポインタが指すデータも新たに確保してコピーする必要があります。

目次から探す

構造体のコピー方法
構造体コピー時の注意点
実践例：構造体コピーの実装と解説
- 構造体の定義
- メイン関数での使用例
まとめ

構造体のコピー方法

C++における構造体のコピーは、非常に重要な操作です。

構造体は、複数のデータを一つの単位としてまとめるためのデータ型であり、コピーの方法を理解することで、プログラムの効率や可読性を向上させることができます。

デフォルトコピー

C++では、構造体のコピーはデフォルトで提供されます。

これは、メンバー変数を一つずつコピーする方法です。

以下に、デフォルトコピーの例を示します。

#include <iostream>
struct Person {
    std::string name; // 名前
    int age;         // 年齢
};
int main() {
    Person person1; // person1を定義
    person1.name = "山田太郎"; // 名前を設定
    person1.age = 30; // 年齢を設定
    Person person2 = person1; // person1をperson2にコピー
    std::cout << "名前: " << person2.name << std::endl; // person2の名前を表示
    std::cout << "年齢: " << person2.age << std::endl; // person2の年齢を表示
    return 0;
}

名前: 山田太郎
年齢: 30

この例では、person1のデータがperson2にコピーされ、両者は独立したオブジェクトとして存在します。

コピーコンストラクタの定義

デフォルトのコピー動作が適切でない場合、コピーコンストラクタを自分で定義することができます。

以下にその例を示します。

#include <iostream>
struct Person {
    std::string name; // 名前
    int age;          // 年齢
    // デフォルトコンストラクタの定義
    Person() {
        name = ""; // 名前を初期化
        age = 0;   // 年齢を初期化
    }
    // コピーコンストラクタの定義
    Person(const Person &other) {
        name = other.name; // 名前をコピー
        age = other.age;   // 年齢をコピー
    }
};
int main() {
    Person person1;            // person1を定義
    person1.name = "佐藤花子"; // 名前を設定
    person1.age = 25;          // 年齢を設定
    Person person2 = person1;  // person1をperson2にコピー
    std::cout << "名前: " << person2.name << std::endl; // person2の名前を表示
    std::cout << "年齢: " << person2.age << std::endl; // person2の年齢を表示
    return 0;
}

名前: 佐藤花子
年齢: 25

この例では、Person構造体にコピーコンストラクタを定義し、person1のデータをperson2にコピーしています。

コピー代入演算子の定義

コピー代入演算子を定義することで、既存のオブジェクトに別のオブジェクトのデータを代入することができます。

以下にその例を示します。

#include <iostream>
struct Person {
    std::string name; // 名前
    int age;         // 年齢
    // コピー代入演算子の定義
    Person& operator=(const Person &other) {
        if (this != &other) { // 自己代入のチェック
            name = other.name; // 名前をコピー
            age = other.age;   // 年齢をコピー
        }
        return *this; // 自分自身を返す
    }
};
int main() {
    Person person1; // person1を定義
    person1.name = "鈴木一郎"; // 名前を設定
    person1.age = 40; // 年齢を設定
    Person person2; // person2を定義
    person2 = person1; // person1をperson2に代入
    std::cout << "名前: " << person2.name << std::endl; // person2の名前を表示
    std::cout << "年齢: " << person2.age << std::endl; // person2の年齢を表示
    return 0;
}

名前: 鈴木一郎
年齢: 40

この例では、person2にperson1のデータを代入しています。

コピー代入演算子を定義することで、より柔軟なコピー操作が可能になります。

構造体コピー時の注意点

構造体をコピーする際には、いくつかの注意点があります。

これらを理解しておくことで、意図しない動作やバグを防ぐことができます。

自己代入のチェック

コピー代入演算子を実装する際には、自己代入を防ぐためのチェックが必要です。

自己代入とは、同じオブジェクトに対して代入を行うことを指します。

これを防ぐために、以下のように条件を追加します。

if (this != &other) {
    // コピー処理
}

深いコピーと浅いコピー

構造体のメンバーにポインタや動的メモリを使用している場合、浅いコピーと深いコピーの違いに注意が必要です。

浅いコピー: メンバーのポインタのアドレスをそのままコピーします。

これにより、複数のオブジェクトが同じメモリを指すことになり、片方のオブジェクトがメモリを解放すると、もう片方が不正なメモリを参照することになります。

深いコピー: メンバーのポインタが指すデータを新たにコピーします。

これにより、各オブジェクトが独立したメモリを持つことができます。

コピーコンストラクタとコピー代入演算子の整合性

コピーコンストラクタとコピー代入演算子は、同じコピーのロジックを持つべきです。

これにより、一貫性が保たれ、予期しない動作を防ぐことができます。

以下のように、両者で同じメンバーのコピー処理を行うことが重要です。

コピー方法	説明
コピーコンストラクタ	新しいオブジェクトを作成する際に呼ばれる
コピー代入演算子	既存のオブジェクトにデータを代入する際に呼ばれる

メンバーの初期化

構造体のメンバーが初期化されていない場合、コピー後に不正なデータを持つ可能性があります。

コピーコンストラクタやコピー代入演算子内で、メンバーの初期化を行うことが重要です。

const修飾子の使用

コピーする際に、const修飾子を使用することで、意図しない変更を防ぐことができます。

特に、コピーコンストラクタやコピー代入演算子の引数にはconst参照を使用することが推奨されます。

Person(const Person &other) {
    // コピー処理
}

これらの注意点を理解し、適切に対処することで、構造体のコピー操作を安全かつ効率的に行うことができます。

実践例：構造体コピーの実装と解説

ここでは、構造体のコピーを実際に実装し、その動作を解説します。

具体的には、動的メモリを使用する構造体を作成し、深いコピーを実装します。

構造体の定義

まず、動的メモリを使用する構造体Studentを定義します。

この構造体は、学生の名前と成績を持ちます。

#include <iostream>
#include <cstring>
struct Student {
    char* name; // 名前
    int score;  // 成績
    // コンストラクタ
    Student(const char* n, int s) {
        name = new char[strlen(n) + 1]; // メモリを確保
        strcpy(name, n); // 名前をコピー
        score = s; // 成績を設定
    }
    // コピーコンストラクタ
    Student(const Student &other) {
        name = new char[strlen(other.name) + 1]; // メモリを確保
        strcpy(name, other.name); // 名前をコピー
        score = other.score; // 成績をコピー
    }
    // コピー代入演算子
    Student& operator=(const Student &other) {
        if (this != &other) { // 自己代入のチェック
            delete[] name; // 既存のメモリを解放
            name = new char[strlen(other.name) + 1]; // 新たにメモリを確保
            strcpy(name, other.name); // 名前をコピー
            score = other.score; // 成績をコピー
        }
        return *this; // 自分自身を返す
    }
    // デストラクタ
    ~Student() {
        delete[] name; // メモリを解放
    }
};

メイン関数での使用例

次に、Student構造体を使用して、コピーの動作を確認します。

int main() {
    Student student1("田中太郎", 85); // student1を作成
    Student student2 = student1;      // student1をstudent2にコピー
    std::cout << "学生名: " << student2.name
              << std::endl; // student2の名前を表示
    std::cout << "成績: " << student2.score
              << std::endl; // student2の成績を表示
    // student1の名前を変更しても、student2には影響しないことを確認
    delete[] student1.name;
    student1.name = new char[strlen("山田太郎") + 1];
    strcpy(student1.name, "山田太郎");

    std::cout << "変更後の学生名: " << student1.name
              << std::endl; // student1の名前を表示
    std::cout << "student2の学生名: " << student2.name
              << std::endl; // student2の名前を表示
    return 0;
}

このプログラムを実行すると、以下のような出力が得られます。

学生名: 田中太郎
成績: 85
変更後の学生名: 山田太郎
student2の学生名: 田中太郎

コンストラクタ: Student構造体のコンストラクタでは、名前のためのメモリを動的に確保し、引数から名前をコピーしています。
コピーコンストラクタ: コピーコンストラクタでは、他のStudentオブジェクトから名前を深くコピーしています。

これにより、元のオブジェクトとコピーされたオブジェクトが独立したメモリを持つことが保証されます。

コピー代入演算子: コピー代入演算子では、自己代入を防ぎ、既存のメモリを解放した後に新たにメモリを確保して名前をコピーします。
デストラクタ: デストラクタでは、動的に確保したメモリを解放しています。

この実践例を通じて、構造体のコピーにおける深いコピーの重要性と、適切なメモリ管理の方法を理解することができます。

まとめ

この記事では、C++における構造体のコピー方法や注意点について詳しく解説しました。

特に、デフォルトのコピー動作やコピーコンストラクタ、コピー代入演算子の実装方法、そして深いコピーと浅いコピーの違いについて触れました。

これらの知識を活用して、構造体を安全かつ効率的に扱うプログラムを作成してみてください。