Effective C++条款05——了解C++默默编写并调用哪些函数(构造/析构/赋值运算)

什么时候empty class(空类)不再是个empty class 呢?当C++处理过它之后。是的,如果你自己没声明,编译器就会为它声明(编译器版本的)一个copy构造函数、一个copy assignment操作符和一个析构函数。此外如果你没有声明任何构造函数,编译器也会为你声明一个default构造函数.所有这些函数都是public且inline。因此,如果你写下:

class Empty {  };

这就好像你写下这样的代码:

class Empty {
public:
    Empty() {  }                                // 默认构造函数
    Empty(const Empty& rhs) {  }                // 拷贝构造函数
    ~Empty();                                   // 析构函数

    Empty& operator=(const Empty& rhs) {  }     // 拷贝赋值函数
};

惟有当这些函数被需要(被调用),它们才会被编译器创建出来。程序中需要它们是很平常的事。下面代码造成上述每一个函数被编译器产出:

Empty e1            // 默认构造函数
Empty e2(e1);       // 拷贝构造函数
e2 = e1;            // 拷贝赋值函数

好,我们知道了,编译器为你写函数,但这些函数做了什么呢?唔,default构造函数和析构函数主要是给编译器一个地方用来放置“藏身幕后”的代码,像是调用base classes和 non-static成员变量的构造函数和析构函数。注意,编译器产出的析构函数是个non-virtual(见条款7),除非这个class 的 base class自身声明有virtual析构函数(这种情况下这个函数的虚属性; virtualness;主要来自base class)。

至于copy构造函数和 copy assignment操作符,编译器创建的版本只是单纯地将来源对象的每一个non-static成员变量拷贝到目标对象。考虑一个 NamedObject template,它允许你将一个个名称和类型为T的对象产生关联:

template
class NameObject {
public:
    NameObject(const char* name, const T& value);
    NameObject(const std::string& name, const T& value);
    // ...

private:
    std::string nameValue;
    T objectValue;
};

由于其中声明了一个构造函数,编译器于是不再为它创建default构造函数。这很重要,意味如果你用心设计一个class,其构造函数要求实参,你就无须担心编译器会毫无挂虑地为你添加一个无实参构造函数(即default构造函数)而遮盖掉你的版本。

NamedObject既没有声明copy构造函数,也没有声明copy assignment操作符,所以编译器会为它创建那些函数(如果它们被调用的话)。现在,看看copy构造函数的用法:

NameObject no1("Smallest prime Number", 2);
NameObject no2(no1);                            // 调用拷贝构造函数

测试

namespace Test30
{
    template 
    class NameObject
    {
    public:
        NameObject(const char *name, const T &value)
        {
            std::cout << "NameObject(const char *name, const T &value) has been called" << std::endl;
        }
        NameObject(const std::string &name, const T &value)
        {
           std::cout << "NameObject(const std::string &name, const T &value) has been called" << std::endl;
        }
        // ...

    private:
        std::string nameValue;
        T objectValue;
    };

    void test()
    {
        NameObject no1("Smallest prime Number", 2);
        NameObject no2(no1); // 调用拷贝构造函数
    }

}
int main(int argc, char **argv)
{
    Test30::test();
    system("pause");
    return 0;
}

编译器生成的copy构造函数必须以no1.nameValue和no1.objectValue为初值设定no2.nameValue和 no2.objectValue。两者之中,nameValue的类型是string,而标准string有个copy构造函数,所以no2.nameValue 的初始化方式是调用string 的copy构造函数并以nol.nameValue 为实参。另一个成员Namedobject: : objectvalue 的类型是int(因为对此 template具现体而言T是int),那是个内置类型,所以no2.objectvalue会以“拷贝no1.objectvalue内的每一个 bits”来完成初始化。

编译器为NamedObject所生的copy assignment操作符,其行为基本上与copy构造函数如出一辙,但一般而言只有当生出的代码合法且有适当机会证明它有意义(见下页),其表现才会如我先前所说。万一两个条件有一个不符合,编译器会拒绝为class 生出operator= 。

举个例子,假设NamedObject定义如下,其中namevalue是个reference to string,objectvalue是个const T:

template
class NameObject {
public:
    // 以下构造函数如今不再接受一个const名称,因为nameValue
    // 如今是个reference-to-non-const string,先前那个char*构造函数
    // 已经过去了,因为必须有个string可供指涉
    NameObject(std::string& name, const T& value);
    // 如前,假设并未声明operator=
    // ...

private:
    std::string& nameValue;        // 如今是个reference
    const T objectValue;           // 如今是个const
};

现在考虑下面会发生什么事:

std::string newDog("Persephone");
std::string oldDog("Satch");
NameObject p(newDog, 2);
NameObject s(oldDog, 36);

p = s;

赋值之前,不论p.nameValue和 s.nameValue都指向string对象(当然不是同一个)。赋值动作该如何影响p.namevalue 呢?赋值之后p.nameValue应该指向s.namevalue所指的那个string 吗?也就是说reference自身可被改动吗?如果是,那可就开辟了新天地,因为C++并不允许“让reference 改指向不同对象”。换一个想法, p.namevalue所指的那个string对象该被修改,进而影响持有pointers或references而且指向该string”的其他对象吗?也就是对象不被直接牵扯到赋值操作内?编译器生成的 copy assignment操作符究竟该怎么做呢?

面对这个难题,C++的响应是拒绝编译那一行赋值动作。如果你打算在一个“内含reference成员”的class 内支持赋值操作(assignment),你必须自己定义copy assignment操作符。面对“内含const成员”(如本例之objectvalue)的classes,编译器的反应也一样。更改const成员是不合法的,所以编译器不知道如何在它自己生成的赋值函数内面对它们。最后还有一种情况:如果某个base classes 将 copy assignment操作符声明为private,编译器将拒绝为其 derived classes生成一个copyassignment 操作符。毕竟编译器为derived classes所生的copy assignment操作符想象中可以处理base class成分(见条款12),但它们当然无法调用derived class无权调用的成员函数。编译器两手一摊,无能为力。

请记住

  • 编译器可以暗自为class创建default构造函数、copy构造函数、copy assignment 操作符,以及析构函数。

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