构造、解构、拷贝语意学

一 “无继承”情况下的对象构造

考虑下面程序片段：

1 把Point类写成c程序，c++标准说这是一种所谓的Plain OI Data。

typedef struct
{
 
  float
x,y,z;
}Point；

如果我们以C++来编译这段代码，观念上，编译器会为Point 声明一个trivial default
constructor、一个trival destructor、 一个trivial copy constructor，以及一个trivial copy
assignment operator。但实际上，编译器会分析这个声明，并为它贴上Plain OI
Data标签。

1>
L1中，观念上Point的trivial default
constructor和trival
destructor都会产生并被调用，然而，事实上那些trivial
members要不是没有被定义，就是没有被调用，程序的行为一如它在c中的表现一样。

2> L5中的Point object
local，同样也是既没有被构造也没有被析构。如果local没有先经初始化，可能会称为一个潜在的程序漏洞-万一第一次使用就需要其初始值。

3> L6被转化为： Point
*heap=__new(sizeof(Point)); 并没有default constructor施行与new运算符所传回的Point
object身上。

4>
L7中，观念上该操作会触发trivial
copy assignment operator进行拷贝搬运操作。然而实际上，该对象被看作一个Plain
OI Data，所以赋值操作将只是像C那样的纯粹位搬移操作。

5>
L9中的操作被转化为：__delete(heap); destructor要不是没有产生就是没有调用。

6>
L10中，函数以传值的方式将local当作返回值传回，这在观念上会触发trivial
copy constructor，不过实际上return操作只是简单的位拷贝操作，因为对象是一个Plain
OI Data。

2
抽象数据类型

class
Point{
public:
 
  Point(float
x=0.0,float y=0.0,float z=0.0):_x(x),_y(y),_z(z){}
   
//no copy constructor,copy operator or
destructor defined ...
private:
 
  float
_x,_y,_z;
};

我们并没有为Point定义一个copy cosntructor或copy operator，因为默认的位语意（default
bitwise semantics）已经足够。我们也不需要一个destructor，因为程序默认的内存管理方法也已经足够。

1> L1中，有了default
constructor作用与其上，由于global被定义在全局范围中，其初始化操作延迟到程序激活时才开始。

2> L5中，会被加上default
Point constructor的inline expansion；如下：

Point local；

Point local；

local._x=0.0;local._y=0.0;local._z=0.0;

3> L6配置heap Point object:

Point *heap=new Point; //现在被附加上一个对default
Point constructor的有条件调用。

Point *heap=__new(sizeof(Point));

if(Hadp!=0)

heap->Point::Point();

然后才被编译器进行inline
expansion操作，至于heap指针指向local object：

4> L7中： *heap=local；则保持着简单的位拷贝操作。

6> L10中，以传值方式传回local object，情况也是一样，保持着简单的位拷贝操作。

5> L9中的删除操作，并不会导致destructor被调用，仍采用默认的内存管理方法，因为我们并没有明确地提供一个destructor函数实体。

观念上，我们Point class有一个相关的default
copy constructor、copy operator和destructor，然而都是无关痛痒的(trivial),而且编译器实际上根本没有产生他们。

3 为继承做准备

class
Point{
public:
 
  Point(float
x=0.0,float y=0.0):_x(x),_y(y){}
    //no destructor,copy  cosntructor,or copy
operator defined...
    virtual float
z();
protected:
 
  float
_x,_y;
};

virtual函数引入带来的影响：

① 促使每一个Point
object拥有一个virtual table pointer,这个指针提供给我们virtual
接口的弹性，代价每一个object需要额外一个word的空间。

② 我们所定义的constructor被附加一些代码，以便初始化vptr，这些信息必须被附加在任何base class
cosntructors的调用之后，但必须在任何使用者（程序员）供应的码之前。

③ 合成一个copy constructor和一个copy assignment
operator，而且其操作不再是trivial。用在一个Point object被初始化或以一个derived class
object赋值，正确处理vptr指针。

1>
L1的gloabl初始化操作，L1的local初始化操作，L6的heap初始化操作以及L9的heap删除操作，都还和2中的一样。

2> L9中的赋值操作，很可能触发copy assignment
operator的合成，及其调用操作的一个inline expansion。

3> 最戏剧性的冲击发生在以传值方式传回local的那一行，由于copy
constructor的出现，foobar（）很可能被转化为下面这样：

//用以支持copy constructor

Point foobar(Point &__result)
{
   
Point local;
    local.Point::Point(0.0,0.0);
    //heap的部分没变
 
  __result.Point::Point(local);
//copy constructor的应用
 
  //local对象的destructor将在这里发生
 
  //local.Point::~Point();
   
return ;
}

如果支持NRV优化，这个函数还会进一步转化为：

//以支持NRV优化

Point foobar(Point &__result)
{
   
__result.Point::Point(0.0，0.0);
 
  //heap的部分没变
 
  return ;
}

重要注意或提示：

一般而言，如果你的设计之中有有许多函数都要以传值方式传回一个local
class object。那么提供改一个copy
constructor就比较合理-深知即使default memberwise语义已经足够，它的出现会触发NRV。然而，就想上面的例子一样，NRV优化后将不再需要调用copy
constructor。

二 继承体系下的对象构造

当我们顶一个object如下：

T object;

时，如果T有一个constructor（不论是有user提供或是编译器合成），它会被调用。

constructor可能内含大量的隐藏码，因为编译器会扩充每一个constructor，扩充程度视class
T的继承体系而定，一般而言编译器所做的扩充大致如下：

1 所有virtual base class
constructors必须调用，从左到右，从最深到最浅。（正确处理虚基类对象的偏移量offset）

2 所有上一层base class cosntructors必须被调用，以base class的声明顺序为顺序。

3 如果class object有vptr，他们必须设定初值，指向适当的virtual tables。

4 记录在member initialization list中的data
members初始化操作会放进constructor函数本身，并以members的声明顺序为顺序。

5 如果有一个member 并没有出现在member initialization list之中，但它有一个default
constructor,那么default constructor必须被调用。

虚拟继承

存在虚拟继承时，必须保证虚基类子对象的初始化必须有最底层的派生类完成，否则可能会出现多次初始化。方法：

1> 增加一个用以指示virtual base class constructor应不应该调用的参数。

2>
把每一个constructor分类为二，一个针对完整的object，另一个针对subobject。"完整object"版无条件地调用虚基类构造函数；"subobject”版则步调用虚基类构造函数。

vptr初始化语义学

vptr应该在base class constructors调用之后，但是在程序员供应的码或是"member
initialization list"中所列的members初始化操作之前。编译器保证这一点。

这样解决了“在class中限制一组virtual function名单
”的问题，如果每一个constructor都一直的等待到base class constructors执行完之后才设置其对象的vptr，那么每次都能够调用正确的virtual
function实体。

constructor的执行算法通常如下：

1> 在派生类构造函数中，“所有基类构造函数”及“上一层基类“的构造函数会被调用。

2> 上述完成之后，对象的vptr被初始化，指向相关的虚函数表。

3> 如果有成员初始化列表的话，将在构造函数体内扩展开来，这必须在vptr设定之后才惊醒，以免一个虚函数调用。

4> 调用类成员对象的默认构造函数，如果有的话。

5> 最后，执行程序员所提供的码。

但其实不是每个基类构造函数都必须初始化vptr的。vptr必须设定的两种情况：

1> 当一个完整的对象被构造出来时。

2> 当一个subobject constructor调用了一个虚函数是（不论是直接调用或间接调用）

三 对象的赋值（copy assignment opertor）语义学

我们设计一个类，并以一个类对象指定给另一个类对象时，我们有三个选择：

1 什么都不做，因此得以实施默认行为（member copy or bitwise copy）。

如果我们不对Point类供应一个赋值操作符，而光是依赖默认的memberwise
copy，编译器会产生出一个实体吗？

这个答案和copy constructor的情况一样。实际上不会，因为此类已经有了bitwise
copy语义了，所以implicit copy
assignment operator视为无用的，也根本不会合成出来。

2 明确地拒绝一个class object指定给另一个class object。(将copy
assignment operator声明为private，并且不提供定义即可)

3 提供一个explicit copy assignment
operator。只有默认行为所导致的语义不安全或不正确是，我们才设计一个赋值操作符。

一个类对默认的赋值操作符，在一下情况不会表现出bitwise copy 语义

1> 当class内含一个member object，而其class有一个copy assignment opertor时。

2> 当一个class的base class 有一个copy assignment opertor时。

3> 当一个class声明了任何virtual functions(我们一定不能拷贝右端class
object的vptr地址，因为它可能是一个派生类对象)。

4> 当class 继承自一个virtual base class(不论base class 有没有copy assignment
opertor)时。

c++标准上说copy
assignment opertor并不表示bitwise copy semantics是nontrivial。实际上，只有nontivial
instances才会合成出来。

建议尽可能不要允许一个virtual base
class的拷贝操作，甚至提供一个比较奇怪的建议：不要在任何virtual base class 中声明数据。 应为copy
assignment opertor没有什么好的方法避免virtual base class 在派生层次中重复拷贝现象。

?四
解构(析构)语义学

如果class没有定义destructor，那么只有在class内带的member
object(或是class 自己的base class)拥有destructor的情况下，编译器才会自动合成出来一个来。否则，destructor会被视为不需要，也就不会合成（当然不会调用了），或者说是trivial的。

我们应该根据“需要”而不是“感觉”来提供destructor，更不应该因为不确定是否需要一个destructor，于是就提供它。

为了决定class是否需要一个程序层面的destructor(或是constructor)，我们应该想一下class
object的声明在哪了结束（或开始）？需要什么操作才能宝座对象的完整。这是我们写程序应该了解的，也是constructor和destructor什么时候起作用的关键。

一个有程序员定义的destructor被扩展的方式类是constructor被扩展的方式，但顺序相反：

1 destructor的函数本身首先被执行。

2 如果class拥有member class objects，而后者拥有destructor，那么会以其声明顺序的相反顺序被调用。

3 如果内带一个vptr，则现在重新设定，指向适当之base class的virtual
table。（并总是设置，只用量中情况下设置，和构造函数相似）

4 如果有任何直接的nonvirtual base classes拥有destructor，他会以声明顺序相反的顺序调用。

5 如果有任何virtual base
class拥有destructor，而当前讨论的这个class是最尾端的class，那么他们会以其原来的构造顺序的相反顺序被调用。

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