C++で独自の代入演算子を定義すべきケースとは？

クラスにポインタメンバが含まれていない場合、独自の代入演算子やコピーコンストラクタを定義する必要はありません。C++コンパイラは、各クラスに対してコピーコンストラクタと代入演算子を自動的に生成します。しかし、デフォルトで生成される演算子では期待通りに動作しないケースでは、独自の代入演算子を定義しなければなりません。

デフォルトの代入演算子が引き起こす問題

次の例では、ポインタメンバを持つクラスに対して、デフォルトの代入演算子がどのように動作するかを確認できます。

#include<iostream>
using namespace std;
class MyClass { // ユーザー定義の代入演算子・コピーコンストラクタは存在しない
    int *ptr;
    public:
        MyClass (int x = 0) {
            ptr = new int(x);
        }
    void setValue (int x) {
        *ptr = x;
    }
    void print() {
        cout << *ptr << endl;
    }
};
main() {
    MyClass ob1(50);
    MyClass ob2;
    ob2 = ob1;
    ob1.setValue(100);
    ob2.print();
}

出力結果

100

main()関数では、setValue()メソッドを使ってob1の値を100に変更しています。ところが、その変更がob2にも反映されてしまいました。このような予期しない動作は、プログラムに深刻なバグをもたらす可能性があります。

原因は、ユーザー定義の代入演算子が存在しないため、コンパイラが自動生成したものが使われている点にあります。自動生成された代入演算子は、右辺（RHS）のptrの値を左辺（LHS）にそのままコピーするだけです。その結果、両オブジェクトのポインタが同一のメモリ領域を指す「浅いコピー（シャローコピー）」となり、片方の変更がもう片方に影響してしまいます。

問題の解決方法

この問題を解決するには、主に2つの方法があります。

1. コピーを禁止する：ダミーのプライベート代入演算子を宣言し、オブジェクトのコピー自体を禁止する
2. 独自の代入演算子を定義する：ディープコピー（深いコピー）を行う代入演算子を実装する

ここでは、ディープコピーを行う独自の代入演算子を実装した例を紹介します。

#include<iostream>
using namespace std;
class MyClass {
    int *ptr;
    public:
        MyClass (int x = 0) {
            ptr = new int(x);
        }
    void setValue (int x) {
        *ptr = x;
    }
    void print() {
        cout << *ptr << endl;
    }
    MyClass &operator=(const MyClass &ob2) {
        // 自己代入のチェック
        if(this != &ob2)
            *ptr = *(ob2.ptr);
        return *this;
    }
};
main() {
    MyClass ob1(50);
    MyClass ob2;
    ob2 = ob1;
    ob1.setValue(100);
    ob2.print();
}

出力結果

50

今回は、独自の代入演算子によってディープコピーが行われ、各オブジェクトが独立したメモリ領域を持つようになりました。ob1の値を変更しても、ob2には影響しません。

注意点：自己代入のチェック

独自の代入演算子を実装する際は、自己代入（ob1 = ob1 など）のチェックを必ず行いましょう。チェックを怠ると、自分自身の値を自分に代入する過程で、現在のオブジェクトの値が失われてしまう恐れがあります。

補足：3のルール（Rule of Three）

C++では、コピーコンストラクタ、代入演算子、デストラクタのいずれかを独自に定義する必要があるクラスは、通常3つすべてを定義すべきとされています。これは「3のルール（Rule of Three）」として知られる設計指針です。動的メモリを管理するクラスでは、このルールに従うことで、リソースリークや二重解放といった問題を防ぐことができます。