C++基本功和 Design Pattern系列 ctor & dtor

今天Aear讲的是class.ctor 也就是constructor, 和  class.dtor, destructor. 相信大家都知道constructor 和 destructor是做什么用的，基本功能我就不废话了。下面先说效率的问题，让我们看个简单的例子：

class SomeClass;   // forward declaration

class AnotherClass {
private:
    SomeClass SomeClassInstance;
public:
    AnotherClass(const SomeClass & Para) { SomeClassInstance = Para; };
    ~AnotherClass();
};

也许这是很多初学者经常写出来的代码，Aear以前也写过。让我们来看看这段代码有什么问题。

首先需要说明的是，在一个class实例化之前，所有的member都会被初始化，如果member是个class,那么那个class的 constructor就会被调用。也就是说，在运行AnotherClass的constructor之前，SomeClass的 constructor就已经运行了。接下来的代码里，SomeClassInstance又被重新执行了次 = 操作。也就是说，我们在给 SomeClassInstance附初值的时候，调用了2次SomeClass的method. 这个浪费也太大了，比较标准的方式是使用初始化列表，如下：

    AnotherClass (const SomeClass & Para): SomeClassInstance(Para) {};
如果有多个类成员，可以用","来分割，如:

    AnotherClass (const SomeClass & Para1, UINT32 Para2):
                   SomeClassInstance(Para1),
                   SecondAttr(Para2),
                   ThirdAttr(Para3) {};
值得注意的是, 类成员的初始化顺序和在类中的声明顺序应该一致。这个是有compiler来控制的，并不根据你在AnotherClass的 constructor中提供的初始化顺序来进行。所以，如果你想先初始化ThirdAttr，然后把ThirdAttr传到SecondAttr作为初始化参数，是会失败的。只有改变声明顺序才会成功。

同理，在声明类变量被附初值的时候，使用拷贝构造函数，效率更高：

=====错误=====
class x1;
x1 = x2;

=====正确=====
class x1(x2);

===================分割线===================

从上面的例子可以看到，几乎所有的class，都需要提供拷贝构造函数，也就是 className(const className &)。同时值得注意的是，如果提供了拷贝构造函数，一般也就需要提供 "="操作，也就是 className & operator =  (const className &)，说到 operator =， 也有必要强调下implicit type conversion的问题，这将会在以后的章节张有详细描述。至于为什么要提供 operator =，举个简单的例子：
 
class1 {
public:
    class1() { p = new int[100]; };
    ~class1() { delete[] p; };
private:
    char* p;
} x1, x2;

如果class1不提供operator =， 那么运行 x1 = x2的时候，C++会运行最基本的拷贝操作，也就是 x1.p = x2.p,那么在 x1被释放的时候，delete p；被执行。这时候 x2再要访问p，p已经变成非法指针了。 也许有人会说，我才不会用x1 = x2这么危险的操作，那让我们看看更加隐性的操作吧，例子如下：

void func(class1 Para) {...};

func(x1);

这时候，c++会调用class1的拷贝构造函数，来把参数从x1里拷贝到Para,如果class1没有提供copy constructor，那么c+ +就执行简单拷贝工作，也就是 Para.p = x1。当func返回的时候，Para被释放，调用 Para.~class1()，并且 delete p；那么x1.p就变成非法指针了。

这样大家就知道为什么要同时提供copy constructor和 operator =了吧。特别是在class里有指针的情况下，必须提供以上2个method。如果不想提供，可以把他们设为private,代码如下：

class1 {
...
private:
    class1 (const class1 &);
    class1 & operator = (const class1 &);
}
这样别人在执行 = 和 func()的时候就会报错了。

还有，在声明构造函数的时候，单参数的构造函数，最好都用explicit来声明，例如：

class1 {
public:
    class1(int Para) {...}
    ...
};

其中class1(int Para)是个单参数的构造函数，如果执行下列操作，如：

class1 x1 = 2;

的时候，因为2不是class1，所以c++会用隐性的类型转换，也就是把2转换成class1，因此会调用class1(2)，然后用operator  = 符值给 x1. 这种操作经常会产生很多问题。比如如果我们提供了 operator == ，那么 在 if(x1 == 2)的时候，c++也会进行类似的操作，可能会产生我们不需要的结果。所以，对于这种单参数的constructor 最好做如下声明：

explicit class1 (int Para) {...}

这样做再执行 class1 x1 = 2；的时候就会报错了，explicit的意思就是C++ 的compiler不能做隐性类型转换，必须由程序员做type cast，比如：

class1 x1 = static_cast<class1>(2) 才会成功。

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在运行constructor的时候，值得注意的一点就是，如果在constructor里，要初始化会throw exception的代码，一定要在constructor里catch。比如：

class1 {
    class1()
    {
       pInt = new int[100];
       try {
           pClass2 = new pClass2;
       }catch(...)
       { delete pInt; throw; };
     }
}

大家看的明白了吧，如果不catch pClass2的exception，pInt分配的内存就不会释放，因为constructor如果失败，c++是不会调用destructor的。

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最后关于destructor，需要注意的是，如果是被继承的base class，destructor一定要是virtual。比如：

BaseClass ()
{
public:
    BaseClass();
    virtual ~BaseClass();
}

DerivedClass : public BaseClass()
{
public:
    DerivedClass();
    ~DerivedClass();
}

BaseClass * pBase = static_cast<BaseClass *>(new DerivedClass());
delete pBase;

如果BaseClass的destructor是virtual,那么正确的ctor dtor调用顺序是：

BaseClass();
DerivedClass();
~DerivedClass();
~BaseClass();

如果不是Virtual，调用顺序是：

BaseClass();
DerivedClass();
~BaseClass();

也就是说，DerivedClass的派生类不能被正确调用，这主要是因为在delete的时候c++并不知道你delete的是  DerivedClass， 因此需要把BaseClass的 dtor 设置成 virtual, 这样可以使用 vptr在 vtbl中查找  destructor，从而能够正确的调用destructor。

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从上面的例子大家也看出来了，如果是派生类，那么就要调用基类的constructor，在多层次的派生类创建过程中，所以基类的constructor都要被调用。 destructor同理。因此要想提高效率，可以在关键代码短使用非派生类。

也许有人会说，所有的constructor和destructor都被compiler inline了，但是即使是inline并且 base class的constructor中不进行任何操作，c++也要为每个类设置vptr，也是有不需要的overhead。当然，我们得到效率的同时，失去的是可扩展性，良好的程序层次结构等等，大家要根据具体情况来权衡。