深度探索C++对象模型
深度探索C++对象模型
第一章 关于对象
1.1 C++对象模型
Nonstatic data members被配置于每一个class object内
static data members 被存放在所有的class object之外
static 和 nonstatic function members 也被存放在所有的class oject之外
Virtual functions 分为以下两步：
- 每个class产生一堆指向virtual functions的指针，放在表格中。这个表格被称为virtual table（vtbl）;
- 每一个class object被添加一个指针，指向virtual table。这个指针称为vptr。（vptr的设定和重置由每个class的constructor、destructor和copy assignment运算符完成）每个class所关联的 type_info object也经由virtual table被指出，通常放在表格的第一个slot处。
加上继承：
在之前的基础上再加上一个base class table，在slot中多一个指向此表的相关地址。
虚拟继承（virtual）例如：
class istream:virtual public ios{};
class ostream:virtual public ios{};
class iostream:public istream,public ostream {};
不管在继承串链中派生多少次，永远只有一个实例//
1.2 关键词带来的差异
1.3 对象的差异
多态：
C++中，多态只存在于一个个的public class体系中。
C++支持多态的方式：
1、经由一组隐含的转化操作。例如把一个derived class指针转化为一个指向其public base type的指针：
shape * ps=new circle();
//ps保留了基类的部分
2、经由virtual functions机制：
ps->rotate();
3、经由dynamic_cast和typeid运算符：
if(circle * pc=dynamic<circle*>(ps))....
多态的主要用途是经由一个同用的接口来影响类型的封装，这个接口通常定义在base class中。
指针的类型
“指针类型”会教导编译器如何解释某个特定地址中内存大小。这也是为什么一个类型为void*的指针只能够持有一个地址，而不能通过它操作所指向的object的缘故。
加上多态之后
当一个base class object被直接初始化为一个derived class object时，derived object就会被切割以塞入较小的base type内存中，derived type没有留下任何痕迹。
C++通过class的指针和引用来支持多态。
补充：
assert(****) //判断内部是否有错，（内部为假）终止程序
malloc()//一个分配动态内存大小的函数，返回void*
strlen() //返回长度，不包含最后的NULL
static_cast<type> (变量) //强行转换不安全（子->父安全）
dynamic_cast<type> (变量) //和上面比更加安全
第二章 构造函数语意学
2.1 Default Constructor的构造操作
4种有效的默认构造：
1、带有Default Constructor的Member Class Object
2、带有Default Constructor的Base Class
3、带有一个Virtual Function的Class
4、带有一个Virtual Base Class 的Class
2.2 Copy Constructor的构造操作
三种使用情况：显式等于，函数参数，函数返回
不会有逐位拷贝的情况：
1、当class内含一个member object而后者的class声明一个copy constructor。
2、当class继承一个含有copy constructor的class
3、当class派生自一个继承串连，其中有一个或者多个virtual base class
4、当class声明一个或者多个virtual function。
2.3 程序转化语意学
X foo()
{
X xx;
if(...)
return xx;
else
return xx;
}
形如foo()，所有return 指令传回相同的对象，编译器会自动对其做NRV优化，方法是以一个参数result取代返回对象：
void foo(X &result)
{
result.X::X();
if(...)
{
//直接处理result
return;
}
else
{
//直接处理result
return;
}
}
对于一句类似于X a = foo()这样的代码，NRV优化后的代码相较于原代码节省了一个临时对象的空间（省略了xx）,同时减少了两次函数调用（减少xx对象的默认构造函数和析构函数，以及一次拷贝构造函数的调用，增加了一次对a的默认构造函数的调用）。
2.4 成员函数初始化队列
在构造函数中对于对象成员的初始化发生在初始化队列中——或者我们可以把初始化队列直接看做是对成员的定义，而构造函数体中进行的则是赋值操作。
初始化队列运行在前（初始化顺序按class中成员声明顺序，而不是初始化队列顺序），构造函数体在后。
编译器实际上会一一操作初始化队列，按顺序在构造函数体内安插初始化操作，并在原来的显式代码之前。
Data语意学
3.1 Data Member的绑定、
一个inline成员函数躯体之内的一个data member 绑定操作，会在整个class声明完成后才发生。
但是，对于成员函数的参数列表并不是，仍然需要采取保护措施（把“nested type声明”放在class的起始处）
3.2 Data Member的布局
3.3 Data Member的存取
static data member的存取地址是独立出来的指针，而不是对应类成员的指针。
nonstatic data member的存取，利用类的指针位置+offset（偏移量）（这里的偏移量会主动加1，为了区分“一个指向data member的指针，用以指出class 的第一个member"和”一个指向data member的指针，没有指出任何member"两种情况）。
3.4 “继承”和Data Member
只要继承不要多态
易犯错误：
1、会重复相同的操作
2、把一个class分解为两次或者多层，有可能会膨胀需要的空间。（见p105示例）
虚拟继承
多态、继承等
3.5 对象成员的效率
3.6 指向Data Member的指针
通过地址访问类成员是，其实存在一步内部转化：
func(bmp+sizeof(Base1),pd) //bmp为地址
//防止bmp为0
func(bmp?bmp+sizeof(Base1):0,pd)
Function语意学
4.1 Member的各种调用方式
Nonstatic Member Functions
通过this来调用
Virtual Member Functions
this加上vptr[index]调用
Static Member Functions
没有this指针
4.2 Virtual Member Functions（虚拟成员函数）
单一继承下的多态
多重继承下的Virtual Functions
虚拟继承下的Virtual Functions
4.3 函数的效能
nonmember function\nonstatic function\static function的效率相同
继承深度加深，增加的成本来自constructor
virtual Functions的调用：继承深度加深，增加的成本来自vptr的设定
4.4 指向Member Function的指针
支持“指向Virtual Member Functions”的指针
虚拟机制也可以使用“指向 Member Functions”的指针，只是返回的索引值；
而Member Functions返回的是地址。
在多态继承下，指向Member Functions的指针
4.5 Inline Functions
形式参数
面对带来“副作用的实际参数”，需要引入临时对象。
其他的常量表达式先求值再替换
其余的直接代换
局部变量
需要生成临时对象
构造、析构、拷贝语意学
当一个class中有纯虚函数，则此类无法拥有实例。对于其中的data member必须有显示的构造函数赋值。
class的data member应该被初始化，只在constructor或者其他的member functions中指定初值。
纯虚函数的存在
只能被静态调用
虚拟规格的存在
不一定都需要把class中的函数声明为虚拟函数，视函数体中的需要而定
虚拟规格中const的存在
const使用看函数的内容是否涉及到需要修改data member
重新考虑class的声明
5.1 “无继承”情况下的对象构造
抽象数据类型（ADT）
为继承做准备
5.2 继承体系下的对象构造
虚拟继承
只有一个完整的class object被定义出来，它才能被调用。如果object只是某个完整object的subobject，它就不能被调用。
vptr初始化语意学
在一个class的constructor中，经构造出来的对象来调用一个virtual function，其函数实例应该在此class内。
vptr的初始化在base class constructor调用操作后，在程序员提供的代码或者是“member initialization list”所列的members初始化之前。
vptr必须被设定的两种情况：
1、当一个完整的对象被构建出来。例如Point a；其中的constructor必须设定vptr
2、当一个subobject constructor调用一个virtual function。
5.3 对象复制语意学
一个class对于默认的copy assignmemt operator，在下面的情况不会表现bitwise copy语义：
1、当class内含一个member object而后者的class声明一个copy assignment operator。
2、当class继承一个含有copy assignment operator的class
3、当class派生自一个继承串连，其中有一个或者多个virtual base class
4、当class声明一个或者多个virtual function。
总结：尽量不要允许一个virtual base class 的拷贝操作。甚至不要在任何virtual base class中声明数据。
5.4 对象的效能
5.5 析构语意学
只有在class内含的member object（或者是class自己的base class中）拥有destructor，才会自动合成一个destructor。
destructor的扩展顺序：p235
执行期语意学
6.1 对象的构造和析构
尽量把object的声明放在使用它的程序段的附近
全局对象
在程序启动的时候，才会调用所包含的constructor，因此需要静态初始化
p244图
建议：不要使用那些需要静态初始化的global objects。
局部静态变量
编译器内部使静态变量只在调用（需要）的时候被构造出来。
数组对象
Default Constructor和数组
6.2 new和delete运算符
针对数组的new的语意
Placement Operator new的语意
Point2w *ptw=new (area) Point2w
area指向内存的一块区域，用来放置新产生的Point2w对象