c++对象模型 构造函数、拷贝构造和拷贝复制
default constructor
- default constructor只有在被编译器需要时,才会被合成出来,且合成出的constructor只执行编译器所需要的行动(并不对成员初始化)
含有default constructor的member class object
- 在c++各个不同的编译模块(文件)中,编译器将合成的default constructor、copy constructor、destructor、assignment copy operator都用inline方式完成来避免合成多个default constructor
- 若一个class没有任何constructor,而其内含的member object有default constructor,编译器则需要为此class合成default constructor
//B内含A
class A {
public:
A();
A(int);
...
}
class B{
public:
B a;
char* str;
}
//由于A有default constructor,而B内含A且B没有任何constructor,因此编译器需要为B合成一个default constructor,让其来调用A的default constructor处理B::a
//此处B中被合成的default constructor样子
inline
B::B()
{
a.A::A();
}
-
若class B中内含有一个及以上的member class objects,那么class B中的每一个constructor必须调用每一个member class的default constructor;如果是多个,编译器安插代码,会按照member objects在class中声明顺序来调用对应的constructor。因此,编译器会扩张已存在的constructor,在其中安插必要代码,使其先调用member class的default constructor
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//若我们为B写一个default constructor让其初始化str B::B() { str = 0; }; //此时会出现一个问题,那就是B中已经存在一个我们写的default constructor,编译器不能为其再合成一个,那么我们便没法调用a的constructor。 //此时,编译器会扩张已存在的constructor,在其中安插必要代码,使其先调用member class的default constructor //扩张后的B的default constructor内部结构 B::B() { a.A::A(); str = 0; }
含有default constructor 的 base class
- 一个没有任何constructor的class派生自含有default constructor的base class,编译器会调用上层的default constructor,为derived class合成default constructor;若base class含有许多constructors,但没有default constructor,编译器会扩张每一个constructor,安插必要代码,以此调用必要的default constructor。因为存在其他constructors,并不会合成default constructor
含有virtual functions的 class
class A
{
public:
virtual void do() = 0;
}
void do( const A& a ) { a.do(); };
void act()
{
//B和C派生自A
B b;
C c;
do( b );
do( c );
}
-
此时编译器会产生两个扩张行为:
- virtual function table被编译器产出,其中存放virtual functions地址
- 每一个class object中,vptr会被编译器合成,内含与之相关的vtbl地址
-
并且,a.do()的virtual invocation会被改写
//原本a.do() ( *a.vptr[1] )( &a )
- 1表示do()在vtbl中的固定索引
- &a表示交给被调用的do()实例的this指针
-
为了让以上机制发挥效果,编译器必须为base和其derived class object的vpty设定初值,指向相关的virtual table地址。这样的任务会交给constructor做扩张
含有virtual base class的class
- 由于在编译期时,virtual base class在每一个derived class object内存布局中位置不能够确定,因此编译器需要合成default constructor,在derived class object中的每一个virtual base classes中安插一个指针,以此确定其位置
copy constructor
default memberwise initialization
-
以下三种情况会以一个object的内容作为另一个class object的初值:
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显示地以一个object内容作为另一个class object的初值
-
object被当做参数传给某函数
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函数传回class object
//第一种 class A {...}; A a; A aa = a; //第二种 void do1( A a ); void do2() { A aa; foo(aa); } //第三种 A do3() { A a; return a; }
-
-
若一个class object没有explict copy constructor,而当class object以相同的class的另一个object作为初值时,此class object内部会把每一个内部或derived的data member的值,从另一个object拷贝一份到自己这,再以递归的方式进行memberwise initialization,但它并不拷贝member class object
-
memberwise initialization这一机制由bitwise copy semantics和default copy constructor实现,当class不展现bitwise copy semantics,编译器才会合成default copy constructor
-
位拷贝(浅拷贝/bitwise copy semantics):编译器只是直接将data member的值或指针的值拷贝过来,并不拷贝member class object;也就是说这会导致多个指针指向同一对象
不展现bitwise copy semantics
- 以下四种情况不会展现bitwise copy semantics:
- class内含member object,而后者的class声明了copy constructor
- class继承自base class,而base class声明了copy constructor
- class声明一个及以上virtual functions
- class派生自一个继承串链,其中含有一个及以上virtual base classes
对于第一、第二种情况
-
若class展现了bitwise copy semantics且该class并没有explict copy constructor,此时编译器不会合成copy constructor
//以下这种情况,因为展现出了bitwise copy semantics,因此编译器并不会合成copy constructor class A { public: ...//不包含explict copy constructor A(const char*); ~A(); private: int val; char* str; } A a("example") void do() { A aa = a; } //以下这种情况,因为biewise copy semantics无法调用内部class object的copy constructor,因此编译器需要合成一个copy constructor来调用 class A { public: A(const String&); ~A(); private: int val; String str; } class String { public: String(const char*); String(const String&); ~String(); }
对于第三、第四种情况
-
对于声明了virtual functions的class,编译器都会在编译器为其进行扩张,分别生成一个vptr和一个vtbl。此时用一个新的class类型object赋值给前一个class,bitwise copy semantics不在起作用,不然编译器设定的vptr并不是正确的,此时编译器需要合成default copy constructor。然而,对于一样的class object,bitwise copy semantics依然生效(除开pointer member)
//以下这种情况bitwise copy semantics依然生效,两个class AA实例的vptr将指向同一vtbl class A { public: A(); ~A(); virtual void do1(); private: //需要的变量 } class AA : public A { public: AA(); void do1() override; virtual do2(); private: //需要的变量 } void test() { AA aa; AA aa1 = aa; } //以下这种情况,两个类型的class object的vptr将指向各自相关的vtbl A a = aa;
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一个class object如果以另一个含有virtual base class subobject作为初值,bitwise copy semantics会失效,因为virtual base class subobject的位置不确定,bitwise copy semantics会破坏这个位置,维护这个位置由编译器完成,因此需要由编译器合成default copyconstructor做出应对行为
program transformation semantics
explict initialization
有这样一段代码:
class X{...}; //定义了copy constructor
X x;
void do()
{
X x1(x);
X x2 = x;
X x3 = X(x);
}
-
上面的初始化操作将进行两个必要的可能的程序转化:
- 重写每一个定义(占用内存),初始化操作剥除
- 安插class的copy constructor
//转化后 //可能的转换,不同编译器进行的事儿不同 void do() { X x1; X x2; X x3; x1.X::X(x); x2.X::X(x); x3.X::X(x); }
argument initialization
void do( X x );
X x1;
do(x1);
-
以上代码进行argument initialization,函数会让local instance x 用memberwise将x1当作初值
-
而对于不同的编译器,这一过程有不同的实现方法:
-
导入临时object,调用copy constructor:
//需要更改argument,不然需要多进行一次bitwise void do( X& x ); //编译器产生的临时object X _tempx; _tempx.X::X(x1); do( _tempx );
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return value initialization
X do()
{
X xx;
...
return xx;
}
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对于以上函数的返回值object,采用两步将局部对象xx拷贝而来:
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为函数加一个一个class object 的reference的额外参数,用来放置copy construct的返回值
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在return前安插copy constructor调用操作,将传回的object的内容作新增参数的初值
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这种方法又被称为named return value(NRV)优化
void do( X& _result ) { X xx; xx.X::X(); _result.X::X( xx ); return; } //do()的操作调用也随之改变 X x1 = do(); //转为 X x1; do(x1);
-
-
NRV优化的缺点:
- 优化由编译器进行,因此这种优化是否完成,我们并不知道
- 随着函数变得越来越复杂,优化会越来越难施行
是否需要copy constructor?
-
对于没有member或base class objects带有copy constructor,以及没有virtual base class 或 virtual function的class,并不需要copy constructor,此时memberwise即可满足要求,效率即可也安全,并不会导致memory leak,也没有address aliasing。再者,对于这类class,使用memcpy()会更有效率
class point3d { public: point3d( float x, float y, float z ); private: float _x, _y, _z; } //此时class的copy constructor这样执行更有效率 point3d::point3d( const point3d& rhs ) { memcpy( this, &rhs, sizeof(point3d) ); };
member initialization list
-
member initialization list不是一组函数调用,编译器安照member在class中的声明顺序一一操作member initialization list,且在任何user code前,以适当顺序在constructor中安插初始化操作
-
对于以下四种情况,为保证程序顺利编译,必须使用member initialization list:
- 初始化reference member
- 初始化const member
- 调用base class 的constructor,而它含有一组参数
- 调用member class的constructor,而它含有一组参数
-
以下情况编译可以通过,但效率并不高
class A()
{
String _name;
int _value;
public:
A()
{
_name = 0;
_value = 0;
}
}
//此时A constructor会产生一个临时object,再将其初始化,随后以assignment运算符将临时Object传递给_name,最后摧毁临时object
//以下是扩张
A::A()
{
_name.String::String();
String temp = String(0);
//memberwise拷贝
_name.String::operator=(temp);
temp.String::~String();
_value = 0;
}
-
对此进行修改
//运用member initialization list A::A : _name(0) { _cnt = 0; } //如下扩张 A::A() { _name.String::String(0); _value = 0; }
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若不注意初始化顺序和member initialization list的排列顺序,可能会出现以下错误:
class B { int i; int j; public: B(int val) : j(val), i(j) { } }; //执行顺序 i = j; j = val;
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以上程序改善:将一个member的初始化操作放在constructor
B::B(int val) : j(val) { i = j; }
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对于member function,请不要使用member initialization list将member function作为另一个对象的初值,因为并不知道member function对class object依赖性,因此需要将其放于constructor
标题名称:c++对象模型 构造函数、拷贝构造和拷贝复制
转载来源:http://pwwzsj.com/article/dsoiiod.html