第2章 構造函數語意學

2.1 默認構造函數的構造

考慮如下代碼

class Foo {
public: 
    int val;
    Foo *pnext;
}

void foo_bar() {
    // 程序要求bar's members都被清為0
    Foo bar;
    if (bar.val || bar.pnext) 
        // ... don something    
    // ...
}

上述代碼是否會合成默認的構造函數? 這裏有兩個問題要弄明白:

• 編譯器需要
• 程序需要: 上述代碼就是"程序需要", 編譯器會聲明一個構造函數, 但是並不會合成出來
  , 所以還是沒有構造函數, 在這種情況下為程序執行初始化應該是程序員的責任

那麽在未來是否會合成默認構造函數:

• 在C++ Annotated Reference Mannual(ARM)中: 只有在編譯器需要需要時才會合成默認的構造函數
• C++ Standard: 如果沒有任何用戶聲明的構造函數(註意: 是任何聲明的構造函數, 包括拷貝構造函數), 那麽就會有一個默認構造函數被隱式的聲明出來, 但是這樣被聲明出來的默認構造函數是trivial(淺薄無能, 就是沒啥用)constructor. 只有當一個默認構造函數是nontrivial時, 才會被合成出來. 所以, 上面的代碼會聲明一個trivial的默認構造函數, 但是因為是trivial, 所以不會合成出來, 編譯器會報錯

有4種情況, 會使編譯器為沒有聲明構造函數的類合成一個默認構造函數, 即nontrivial的默認構造函數

1. 類包含帶有默認構造函數的成員, 合成出來的默認構造函數並不會初始化本類的其他成員, 初始化其他成員是程序員的責任
2. 類是由帶有默認構造函數的基類所派生出來的
3. 類中帶有一個虛函數
   　　1. class聲明或繼承了一個虛函數
   　　2. class派生自一個繼承串鏈, 其中有一個或更多的虛基類
4. 類中帶有一個虛基類 有些疑問

被合成出來的構造函數只能滿足編譯器(而非程序)的需要, 它之所以能夠完成任務, 是借著"調用成員對象或基類的默認構造函數"或是"為每一個對象初始化其虛函數機制或虛基類機制"而完成的

在合成的默認構造函數中, 只有基類子對象和類成員對象會被初始化. 所有其他的nonstatic數據成員(如整數, 整數指針, 整數數組等等)都不會初始化. 這些初始化操作對程序而言或許有需要, 但對編譯器則是非必要. 如果程序需要一個"把某指針設為0"的默認構造函數, 那麽提供它的人應該是程序員

總結就是都會聲明, 但是會不會合成又是另一回事了, 取決於是trivial還是nontrivial

2.2 拷貝構造函數的構造初始化

有3種情況會以一個對象內容作為另一個對象的初值, 1. 顯示以一個對象內容作為另一個對象的初值(初始化, 而不是單純等號操作); 2. 當對象做參數交給某個函數(做形參, 非引用指針形式); 3. 對象做返回值(非引用指針形勢)

• 默認逐成員初始化(Default Memberwise Initialization)
• 逐成員初始化(Memberwise Initialization)
• 位逐次拷貝(Bitwise Copy Semantic)

// 以下聲明展現了bitwide copy semantic
class Word {
public:
    Word(const char *);
    ~Word() { delete[] str; };
    // ...
private:
    int cnt;
    char *str;
}

如果類X沒有顯式的拷貝構造函數, 那麽在用一個類X的對象a初始化這個類的對象b時, 內部采用的就是默認逐位成員初始化. 具體來講, 就是把a的數據一個個單獨拷貝到b中. 如果類X裏面還包含有成員類對象(Member Class Object), 如類Y的對象, 那麽此時就不會把a的成員對象拷貝到b中, 而是遞歸的進行逐成員初始化, 逐成員初始化用的就是逐位拷貝和拷貝構造函數

就像默認拷貝構造函數一樣, C++ Standard上說, 如果類沒有聲明一個拷貝構造函數, 就會有隱式的聲明或隱式的定義出現. 和以前一樣, C++ Standard把拷貝構造函數區分為trivial和nontrivial兩用, 只有nontrivial的實例才會被合成於程序之中. 如果展現出"bitwise copy semantic"(位逐次拷貝語義), 那麽拷貝構造函數就是trivial的
qu
如果一個類沒有定義顯示的拷貝構造函數, 那麽編譯器是否會為其合成取決於類是否展現"位逐次拷貝":

• 如果類展現出"位逐次拷貝", 則編譯器不需要合成一個默認的拷貝構造函數
• 如果類不展現"位逐次拷貝", 則編譯器必須合成一個默認的拷貝構造函數, 不展現"位逐次拷貝"的情況有以下4種:
• 　　1. 類包含具有拷貝構造函數的成員
• 　　2. 類繼承自一個具有拷貝構造函數的基類
• 　　3. 類中聲明一個或多個虛函數
• 　　4. 類派生自一個繼承串鏈, 其中有一個或多個虛基類

前2種情況中, 編譯器必須將成員或基類的"拷貝構造函數調用操作"安插到被合成的拷貝構造函數中

第3種情況不展現出"位逐次拷貝"是因為需要正確的處理虛函數指針vptr. (1)如果使用子類的一個對象初始化另一個子類的對象, 可以直接靠"位逐次拷貝"完成; (2)如果用一個子類對象初始化一個父類對象, 會發生切割行為, 父類對象的虛函數指針必須指向父類的虛函數表vtlb, 如果使用"位逐次拷貝", 那麽父類的虛函數指針會執行子類的vtlb

第4中情況不展現"位逐次拷貝"是因為虛基類對象部分能夠正確初始化. (1)如果使用虛基類子類的一個對象, 初始化虛基類子類另一個對象, 那麽"位逐次拷貝"綽綽有余; (2)但如果企圖以一個虛基類子類的子類對象, 初始化一個虛基類子類的對象, 編譯器就必須判斷"後續當程序員企圖存取其虛基類子對象能否正確執行", 因此必須合成一個拷貝構造函數, 安插一些代碼以設定虛基類指針和偏移量的初始值(或只是簡單的確定它沒有被抹銷)

在下面的情況下, 編譯器無法知道"位逐次拷貝"是否還保持著, 因為他無法知道Raccoon指針是否指向一個真正的Raccoon對象或者是指向一個Raccoon的子類對象

Raccoon *ptr;
Raccoon little_critter = *ptr;

總結就是, 按照C++ Standard, 如果用戶沒有聲明, 就會隱式的聲明一個, 但是會不會合成取決於聲明出的是trivial還是nontrivial

2.3 程序轉換語意學

class Test {
public:
    Test() { cout << "默認構造函數" << endl; }
    Test(const Test &obj) { cout << "拷貝構造函數" << endl; }
};

Test foo() {
    Test t;
    return t;
}

int main() {
    // 輸出默認構造函數
    Test t = foo(); 
    return 0;
}

拷貝構造函數的應用, 迫使編譯器多多少少對程序代碼做部分轉化. 尤其是當一個函數以值的方式傳回一個類對象, 而該類有一個拷貝構造函數(無論是顯式定義出來還是合成出來)時, 這將導致深奧的程序轉化為-->無論在函數的定義上還是在使用上. 此外, 編譯器將拷貝構造的調用操作優化, 以一個額外的第一參數(數值被直接存放其中)取代NRV(named return value). 如果了解那些轉換, 已經拷貝構造函數優化後的可能狀態, 就比較能夠控制程序的執行效率

2.4 成員初始化列表

為使程序能夠被正確編譯, 在下列情況中必須使用初始化列表:

1. 當初始化一個引用成員時
2. 當初始化一個常成員時
3. 當調用一個基類的構造函數, 而它擁有一組參數時
4. 當調用一個類類型成員的構造函數, 而它擁有一組參數時

編譯器會對初始化列表一一處理, 以反應出成員的聲明順序. 它會安插一些代碼到構造函數體內, 並置於任何用戶代碼(explicit user code)之前

和默認構造函數, 拷貝構造函數相關的問題: 是否可以使用memset來初始化一個對象, 使用memcpy來拷貝一個對象?

只有在"class不含任何由編譯器產生的members"時才能有效運行. 如果class聲明一個或多個以上的virtual functions, 或者內含一個virtu base class, 那麽上述函數將會導致哪些"被編譯器產生的內部members"的初值改寫

class Shape {
public:
  // 會改變內部vptr
  Shape() { memset(this, 0, sizeof(Shape)); }
  // 當傳入一個子類對象的地址時, vptr會指向子類的虛函數表
  Shape(const Shape &rhs) { memcpy(this, & rhs, sizeof(Shape)); }
  virtual ~Shape(); 
}

第2章 構造函數語意學