Default Constructor什么时候才会被编译器生成出来呢？

文章内容基于《深度探索C++对象模型》P39~47整理得到，掺杂个人理解，如有错误，敬请斧正！
还可结合我另一篇博客一起看：Copy Constructor什么时候才会被编译器生成出来呢？
注：文中“合成”一词一般指的是“编译器implicit声明nontrivial的default constructor”这个动作

default constructor指的是在声明class object时可以不用给定参数的constructor。
分为两大类：

一、explicit声明的default constructor

（1）无参数的constructor
（2）所有参数均有默认值的constructor

二、编译器implicit声明的default constructor

分为两类：
（1）trivial（无用的）
（2）nontrivial（有用的）

  在C++ Standard中有如此内容：“对于class X，如果没有任何user-declared constructor，那么会有一个default constructor被implicit声明出来……一个被implicit声明出来的constructor将是一个trivial constructor……”。前半句我们应该在别的书中见过类似的：“如果没有explicit声明任何constructor，则编译器会自动声明一个全为空（参数列表、函数体均为空）的constructor”。而后半句“一个被implicit声明出来的constructor将是一个trivial constructor”，那什么时候implicit声明出来的constructor是nontrivial的呢？

  通过对书本内容的理解，我觉得这句话应该拓展为如下内容：
  “对于class X，如果没有任何user-declared constructor，那么会有一个default constructor被implicit声明出来。若class X属于4种特殊情况时，这个constructor将会是nontrivial，这个constructor并非是空的，它有且只有编译器所需的行动；若class X不属于4种特殊情况，这个constructor将会是trivial，而且这个trivial implicit declared default constructor实际上并不会合成出来。此外，如果存在constructor（无论是编译器合成的，还是user-declared），且class X属于4种特殊情况时，编译器将会对class X所定义的每一个constructor进行扩张，在其中安插一些编译器需要的语句来完成编译器所需的行动。”

  那么，“4种特殊情况”和“编译器所需的行动”都指的是什么呢？

（1）“带有Default Constructor”的Member Class Object

  原文：“如果一个class没有任何constructor，但它内含一个member object，而后者有default constructor，那么这个class的implicit default constructor就是‘nontrivial’，编译器需要为该class合成出一个default constructor。不过这个合成操作只有在constructor真正需要被调用时才会发生。……编译器会扩张已存在的constructors，在其中安插一些代码，使得user code被执行之前，先调用必要的default constructors”

  换言之：class X有一个member class object是class Y的对象y1。若X没有任何constructor，但Y有default constructor。此时编译器为X声明的default constructor就不能全为空了，至少要调用Y的default constructor来构造y1。因此此时编译器为X合成的default constructor是nontrivial，因为它包含了对Y的default constructor的调用行动；若X有constructor（无论是编译器合成的，还是user-declared），则编译器会对每一个constructor进行扩张以调用Y的default constructor。

  举个例子：

编译器合成的constructor：
X::X(){
	y1.Y::Y(); //编译器安插的代码，对y1进行构造
}

对已有constructor的扩张：
X::X(){
	y1.Y::Y(); //编译器安插的代码，对y1进行构造
	……         //用户原本在X::X()中写的代码
}

如果有多个class member objects都要调用default constructor：
X::X(){
	//按多个class member objects声明顺序来调用
	y1.Y::Y(); //编译器安插的代码
	y2.Y::Y(); //编译器安插的代码
	z1.Z::Z(); //编译器安插的代码
	……         //用户原本在X::X()中写的代码
}

  注意：这里“编译器所需的行动”有且只有“对Y的default constructor的调用”。因此，编译器为X合成的default constructor中只包含了“对Y的default constructor的调用”这一种行动，而并不会产生任何代码对X的其他member进行初始化。因为y1的初始化时编译器的责任，对X其他member初始化时程序员的责任。

（2）“带有Default Constructor”的Base Class

  原文：“如果一个没有任何constructor的class派生自一个‘带有default constructor’的base class，那么这个derived class 的default constructor会被视为nontrivial，并因此需要被合成出来。它将调用上一层base classes的default constructor（根据它们的声明顺序）。……如果设计者提供多个constructors，但其中都没有default constructors，编译器会扩张现有的每一个constructors，将‘用以调用所有必要之default constructors’的程序代码加进去。……如果同时亦存在着‘带有default constructors’的member class objects，那些default constructor也会被调用——在所有base class constructor都被调用之后。”

  简而言之：此时合成的nontrivial default constructor是为了初始化base class

  有了（1）的内容，（2）应该比较好理解，不过是把member class objects换成了base class

（3）“带有一个Virtual Function”的Class

  原文：“编译器必须为每一个Widget（或其派生类的）object的vptr设定初值（注：这里Widget类有一个virtual function），放置适当的virtual table地址。对于class所定义的每一个constructor，编译器会安插一些代码来做这样的事情。对于那些未声明任何constructors的classes，编译器会为它们合成一个default constructor，以便正确初始化每一个class object的vptr。”

  简而言之：为了正确初始化vptr使其指向正确的virtual table。

（4）“带有一个Virtual Base Class”的Class

  这里其实涉及到virtual base class的subobject在其derived class object中是怎么安排的。根据《深度探索C++对象模型》P116开始的内容以及P121图3.5a可知，含有virtual base class的derived class object在内存中包含两部分：不变区域与共享区域。不变区域包含了非virtual base class的subobject，这些subobject在其后所有derived class object中的offset是固定的；共享区域包含了virtual base class的subobject，这些subobject在其后所有derived class object中的offset不是固定的，不同的derived class object中的offset有可能不同，因此需要额外的指针指向这些subobject来帮助确定随着派生发生变化的offset。

  原文：“必须使virtual base class在其每一个derived class object中的位置能够于执行期准备妥当。……在derived class object的每一个virtual base classes中安插一个指针来完成，所有‘经由reference或pointer来存取一个virtual base class’的操作都可以通过相关指针完成。……_vbcX（注：_vbcX指向virtual base class X在其derived class中的subobject）是在class object构造期间被完成的。对于class所定义的每一个constructor，编译器会安插那些‘允许每一个virtual base class的执行期存取操作’的代码。如果class没有声明任何constructors，编译器必须为它合成一个default constructor。”

  简而言之：和（3）类似，为了初始化derived class object中指向virtual base class subobject的指针

总结

  以上4种情况下由编译器合成的default constructor被称为implicit nontrivial default constructor，其只能满足编译器的需要，而不能满足程序的需要。这种constructor能“调用member class object和base class的default constructor”，也能“为vptr（指向虚函数表vtbl）和vbc（指向虚基类subobject）设定正确的值”，这是编译器的需要。而其他member并不会被初始化，因为这是程序的需要，是程序员的责任。
  而如果原本有constructor，不论是合成的，还是explicit声明的，编译器都会对其进行扩张，安插编译器所需的行动。
  对于不属于以上4种情况，且没有声明任何constructor的classes，编译器并不会生成所谓的implicit trivial default constructor。
  因此有两点需要知道：（1）没有定义default constructor时，编译器不一定会implicit声明一个出来；（2）编译器声明的default constructor并不会初始化每一个member；