《深度探索C++对象模型》读书笔记（2）。

 

　　default constructor仅在编译器需要它时，才会被合成出来。

　　 通常来说，由编译器合成出来的default constructor是没啥用的（trivial），但有以下几种例外：

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

　　 如果一个class没有任何constructor，但它内含一个member object，而后者有default constructor，那么编译器会在constructor真正需要被调用时未此class合成一个“nontrivial”的default constructor.为了避免合成出多个default constructor，解决方法是把合成的default constructor、copy constructor、destructor、assignment copy operator都以inline方式完成。一个inline函数有静态链接（static linkage），不会被档案以外者看到。如果函数太复杂，不适合做成inline，就会合成出一个explicit non-inline static实体。

　　 根据准则“如果class A内含一个或一个以上的member class objects，那么class A的每一个constructor必须调用每一个member classes的default constructor”，即便对于用户明确定义的default constructor，编译器也会对其进行扩张，在explicit user code之前按“member objects在class中的声明次序”安插各个member所关联的default constructor.

　class Dcpey　　 { public:Dopey(); ... };
class Sneezy　 { public:Sneezy(int); Sneezy(); ... };
class Bashful { public:Bashful(); ... };

class Snow_White {
public:
Dopey dopey;
Sneezy sneezy;
Bashful bashful;
// ...
private:
int mumble;
};

Snow_White::Snow_White() : sneezy(1024)
{
mumble = 2048;
}
// 编译器扩张后的default constructor
Snow_White::Snow_White() : sneezy(1024)
{
// 插入member class object
// 调用其constructor
dopey.Dopey::Dopey();
sneezy.Sneezy::Sneezy();
bashful.Bashful::Bashful();

// explicit user code
mumble = 2048;
}

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《深度探索C++对象模型》读书笔记（2）。

　　 （2）“带有Default Constructor”的Base Class

　　 如果一个没有任何constructors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。

　　 需要注意的是，编译器会将这些base class constructor安插在member object之前。

　　 （3）“带有一个Virtual Function”的Class

　　 另有两种情况，也需要合成出default constructor：

　　 （a）class声明（或继承）一个virtual function

　　 （b）class派生自一个继承串链，其中有一个或更多的virtual base classes

　　 以下面这个程序片段为例：

　class Widge {
public:
virtual void flip() = 0;
// ...
};

void flip(const Widge& widge) { widge.flip(); }

// 假设Bell和Whistle都派生自Widge
void foo()
{
Bell b;
Whistle w;

flip(b);
flip(w);
}

　　 下面两个扩张操作会在编译期间发生：

　　 1.一个virtual function table会被编译器产生出来，内放class的virtual functions地址；

　　 2.在每一个class object中，一个额外的pointer member（也就是vptr）会被编译器合成出来，内含相关的class vtbl的地址。

　　 此外，widge.flip（）的虚拟引发操作（virtual invocation）会被重新改写，以使用widge的vptr和vtbl中的flip（）条目。

　// widge.flip()的虚拟引发操作的转变
(*widge.vptr[1])(&widge)

　　 为了让这个机制发挥功效，编译器必须为每一个Widge（或其派生类）之object的vptr设置初值，放置适当的virtual table地址。

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　　 （4）“带有一个virtual Base Class”的Class

　class X { public: int i; };
class A : public virtual X { public: int j; };
class B : public virtual X { public: double d; };
class C : public A , public B{ public: int k; };

// 无法在编译时期决定出pa->X::i的位置
void foo(const A* pa) { pa->i = 1024; }

main()
{
foo(new A);
foo(new C);
// ...
}

　　 编译器需要在derived class object中为每一个virtual base classes安插一个指针，使得所有“经由reference或pointer来存取一个virtual base class”的操作可以通过相关指针完成。

　// 可能的编译器转变操作
// _vbcX表示编译器所产生的指针，指向virtual base class X
void foo(const A* pa) ...{ pa->_vbcX->i = 1024; }

　　 小结：在合成的default constructor中，只有base class subobjects和member class objects会被初始化，所有其它的nonstatic data member都不会被初始化。

　　有三种情况会以一个object的内容作为另一个class object的初值，即object赋值、object参数传递、object作为函数返回值。

　　 如果class没有提供一个explicit copy constructor，其内部是以所谓的default memberwise initialization手法完成的，也就是把每一个内建的或派生的data member（例如一个指针或一个数组）的值，从某个object拷贝一份到另一个object身上，不过它并不会拷贝其中的member class object，而是以递归的方式施行memberwise initialization. copy constructor仅在必要的时候（class不展现bitwise copy semantics）才由编译器产生出来。

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　　 已知下面的class Word声明：

　// 以下声明展现了bitwise copy semantics
class Word {
public:
Word( const char* );
~Word(){ delete []str; }
// ...
private:
int cnt;
char *str;
};

　　 对于上述这种情况，并不需要合成出一个default copy constructor，因为上述声明展现了“default copy semantics”。

　　 然而，如果class Word是这样声明：

　// 以下声明未展现出bitwise copy semantics
class Word {
public:
Word( const String& );
~Word();
// ...
private:
int cnt;
String& str;
};

　　 在这种情况下，编译器必须合成出一个copy constructor以便调用member class String object的copy constructor：

　// 一个被合成出来的copy constructor
inline Word::Word(const Word& wd)
{
str.String::String(wd.str);
cnt = wd.cnt;
}

　　 一个class不展现出“bitwise copy semantics”的四种情况：（1）当class内含一个member object而后者的class声明有一个copy constructor时（无论是被明确声明或被合成而得）

　　 （2）当class继承自一个base class而后者存在有一个copy constructor时

　　 对于前两种情况，编译器必须将member或base class的“copy constructor调用操作”安插到被合成的copy constructor中。

　　 （3）当class声明了一个或多个virtual functions时

　　 由于编译器要对每个新产生的class object的vptr设置初值，因此，当编译器导入一个vptr到class之中时，该class就不再展现bitwise semantics了。

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　　 当一个base class object以其derived class的object内容做初始化操作时，其vptr复制操作必须保证安全，而如果依旧采用bitwise copy的话，base class object的vptr会被设定指向derived class的virtual table，而这将导致灾难。

　　 （4）当class派生自一个继承串链，其中有一个或多个virtual base classes时当一个class object以其derived classes的某个object作为初值时，为了完成正确的virtual base class pointer/offset的初值设定，编译器必须合成一个copy constructor，安插一些码以设定virtual base class pointer/offset的初值，对每一个member执行必要的memberwise初始化操作，以及执行其他的内存相关操作。在这种情况下，简单的bitwise copy所做的就远远不够了。

　　 ***优化***

　　 （1）在使用者层面做优化定义一个“计算用”的constructor：

　X bar(const T &y,const T &z)
{
X xx;
// ... 以y和z来处理xx
return xx;
}

　　 上述constructor要求xx被“memberwise”地拷贝到编译器所产生地_result之中。故可定义如下的constructor，可以直接计算xx的值：

　X bar(const T &y,const T &z)
{
return X(y,z);
}

　　 （2）在编译器层面做优化比较以下三处初始化操作：

　X xx0(1024);
X xx1 = X(1024);
X xx2 = (X)1024;

　　 其中，xx0是被单一的constructor操作设定初值：

　　 xx0.X：：X（1024）；

　　 而xx1和xx2则是调用两个constructor，产生一个暂时性的object并设以初值1024，接着将暂时性的object以拷贝建构的方式作为explicit object的初值，最后还针对该暂时性object调用class X的destructor：

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　X _temp0;
_temp0.X::X(1024);
xx1.X::X(_temp0);
_temp0.X::~X();

　　 由此可以看出，编译器所做的优化可导致机器码产生时有明显的效率提升，缺点则是你不能安全地规划你的copy constructor的副作用，必须视其执行而定。

　　 那么，究竟要不要copy constructor？copy constructor的应用，迫使编译器多多少少对你的程序代码做部分优化。尤其是当一个函数以传值（by value）的方式传回一个class object，而该class有一个copy constructor时，这将导致深奥的程序转化。

　　 举个简单的例子，不管使用memcpy（）或memset（），都只有在“classes不含任何由编译器产生的内部members”时才能有效运行。而如下的class由于声明了一个virtual function，编译器为其产生了vptr，此时若使用上述函数将导致vptr的初值被改写。

　class Shape ...{
public:
// 这会改变内部的vptr
Shape() { memset(this,0,sizeof(Shape)); };
virtual ~Shape();
// ...
};

// 扩张后的constructor
Shape::Shape()
{
// vptr必须在使用者的代码执行之前先设定妥当
_vptr_Shape = _vtbl_Shape;

// memset会将vptr清为0
memset(this,0,sizeof(Shape));
}

　　 ***成员的初始化队伍***

　　 下列情况中，为了让你的程序能够被顺利编译，你必须使用member initialization list：

　　 （1）当初始化一个reference member时；

　　 （2）当初始化一个const member时；

　　 （3）当调用一个base class的constructor，而它拥有一组参数时；

　　 （4）当调用一个member class的constructor，而它拥有一组参数时。

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　　 成员初始化列表有时可带来巨大的性能提升，不妨看看下面一组对比：

　class Word {
String _name;
int _cnt;
public:
Word() {
_name = 0;
_cnt = 0;
}
};

// 其constructor可能的内部扩张结果
Word::Word()
{
// 调用String的default constructor
_name.String::String();

// 产生暂时性对象
String temp = String(0);

// “memberwise”地拷贝_name
_name.String::operator=(temp);

// 摧毁暂时性对象
temp.String::~String();

_cnt = 0;
}

　　 若使用成员初始化列表：

　// 较好的方式
Word::Word : _name(0)
{
_cnt = 0;
}

Word::Word()
{
// 调用String(int) constructor
_name.String::String(0);
_cnt = 0;
}

　　 需要注意的是，成员初始化列表中的项目是依据class中的member声明次序，一一安插到explicit user code之前的。（因此，对于表达式两边均出现member的情形要特别小心）

　　 下面就给出错误实例：

　class X {
int i;
int j;
public:
// i比j先被赋值，而此时j尚未有初值
X(int val) : j(val),i(j)
{ }
...
};