Глубокое копирование

Часть раздела Объектно-ориентированное программирование путешествия по C на Coddy. Урок 15 из 61.

Когда вы присваиваете одну структуру другой в C, вы получаете поверхностную копию: все поля копируются побайтно. Это отлично работает для простых значений, таких как целые числа, но создаёт проблему с указателями: в итоге обе структуры указывают на одну и ту же область памяти.

typedef struct {
    char *name;
    int age;
} Person;

Person alice = {"Alice", 30};
Person copy = alice;  // Поверхностная копия!
// И alice.name, и copy.name указывают на ОДНУ И ТУ ЖЕ строку

Если ты освободишь один, другой станет недействительным. Если ты изменишь строку через один из них, оба увидят это изменение. Обычно это не то, что тебе нужно.

Глубокая копия выделяет новую память для членов-указателей и копирует данные actual:

Person *clone_person(const Person *original) {
    Person *copy = malloc(sizeof(Person));
    copy->name = malloc(strlen(original->name) + 1);
    strcpy(copy->name, original->name);
    copy->age = original->age;
    return copy;
}

Теперь каждый объект владеет собственной строкой. Вы можете изменить или освободить одну из них, не затрагивая другую. Шаблон прост: для каждого указателя выделите fresh память и скопируйте содержимое, а не только адрес.

Задание

Легко

Давайте создадим модуль Student, демонстрирующий шаблон глубокого копирования. Вы создадите функцию клонирования, которая создает полностью независимую копию объекта студента: изменение или освобождение исходного объекта не повлияет на клон.

Вы создадите три файла:

student.h: Declare структуру Student с двумя членами: char *name (строка, выделенная dynamically) и int grade. Declare три функции:
- create_student: конструктор, принимающий имя и оценку и возвращающий указатель на новый Student
- clone_student: принимает const Student * и возвращает указатель на новую independent копию
- free_student: деструктор, который корректно освобождает всю выделенную память
Используйте защиту от повторного включения с символом STUDENT_H.
student.c: Implement все три функции. Ваша функция clone_student является ключевой. Она должна выделить fresh память и для структуры, и для строки имени, а затем скопировать actual данные строки (а не только адрес указателя). Это гарантирует, что клон полностью владеет собственной памятью, отделенной от исходного объекта.
main.c: Создайте студента, клонируйте его, выведите information обоих студентов, а затем корректно очистите оба объекта.

Вы получите два входных значения: имя студента (строка) и оценку (целое число).

В основном файле создайте студента с предоставленными значениями, затем создайте clone этого студента. Выведите information исходного объекта и клона, чтобы проверить, что они содержат одинаковые данные. Наконец, освободите обоих студентов и выведите подтверждение.

Выведите результат в следующем формате:

Original: {name}, Grade: {grade}
Clone: {name}, Grade: {grade}
Both freed

Например, для входных данных Alice и 95 результат будет следующим:

Original: Alice, Grade: 95
Clone: Alice, Grade: 95
Both freed

Шаблон глубокого копирования гарантирует, что каждый объект действительно independent: у клона есть собственная выделенная строка, а не общий указатель на память исходного объекта.

Попробуйте сами

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "student.h"

int main() {
    char name[100];
    int grade;
    
    // Считать ввод
    scanf("%s", name);
    scanf("%d", &grade);
    
    // TODO: Создать студента с предоставленными именем и оценкой
    
    // TODO: Создать клон студента
    
    // TODO: Print the original student's information
    // Формат: "Original: {name}, Grade: {grade}"
    
    // TODO: Вывести информацию о клоне
    // Формат: "Clone: {name}, Grade: {grade}"
    
    // TODO: Освободить обоих студентов
    
    // Вывести подтверждение
    printf("Both freed\n");
    
    return 0;
}