c++在对象的构造时做了什么手脚？——《深度探索c++对象模型》阅读笔记之一

Posted 2021-06-21 低熵随想

前言

　　《深度探索c++对象模型》是《c++ primer》的作者Lippman所写的一本书，Lippman从自己参与开发cfront的经历出发，深度剖析了c++中对象的相关特性是如何被实现的。

　　这本书相对其他的各种c++特性解读，用法，最佳实践的书来说，相对艰深晦涩，其面对的也不是刚入门的C++ 学习者，而是想要了解C++在幕后做了什么的人。

　　这本书的作用应当是消除程序员脑海中的不确定性，揭开C++对象表面的魔法。一个对象，其定义， 创建，调用方法，析构等等，编译器有为你做了什么，又没做什么，如果想要真正的了解C++对象的工作机理，阅读这本书是大有裨益的。

　　本笔记是为了记录一些阅读中的知识点而设立，同时也是消化知识的一个过程。

 

以下内容是对书中第二章《The semantics of constructors》的消化梳理

 

1. 默认构造函数

对于简单的class中，我们经常略过对默认构造函数的声明和定义，编译器会照顾好一切，我们只要调用就行。

但是如果说究其根本，我们必须问，编译器真的为每个Class创建了默认构造函数吗？

为何这么问，因为抛去所有的对象特性的外衣，它仍然是一个函数，真的需要对每一个实例都调用一次这个函数吗？

假如说我依照c语言中的习惯定义了以下这个sturct:

1 struct point{
2     int x;
3     int y; 
4 };

我只想像在c语言一样，将这个只看做是几个基本类型变量的组合来使用，那么每次创建一个point实例，都要调用一次构造函数，这也太疯狂了！

c++的设计者们也是这样想的，有些时候，默认构造函数是完全不需要的，只需要分配好内存即可，这时我们说这是一个trivial的默认构造函数，只是观念上存在，但是编译器并不会生成相关代码。

编译器只在以下特定的几种情况下会合成一个默认构造函数

1.1 成员中有拥有默认构造函数的对象

1 class bar{
2 //有默认构造函数
3 };
4 
5 class foo {
6    bar member; 
7 };

当一个类中的成员是一个拥有默认构造函数的类时，编译器就无法袖手旁观了，它必须给这个类加上一个合成的默认构造函数，以调用其成员的默认构造函数。

当有多个这样的成员类时，合成的默认构造函数会按照声明顺序进行调用成员的默认构造函数。

如果说我们已经自己定义了默认构造函数呢？ 那么编译器会向我们定义的函数前插入代码来初始化成员对象

1.2 继承自有默认构造函数的基类

1 class base{// 有构造函数};
2 class derived :public base{};

这种情况是下，因为继承的性质使然，派生类必然需要调用父类的默认构造函数，所以编译器一定要合成一个默认构造函数

1.3 带虚函数的类

c++中动态多态的展现，需要通过虚函数，其实现是通过虚函数表来做到的。存在虚函数的类中，在实例化时加入一个指向虚函数表的指针，做这件事必须通过构造函数来实现。

 

1.4 继承自虚基类的类

虚基类也是动态的，在编译期无法确定其内存位置，所以必然也需要有指针指向，在对象创建时，对这个指针进行操作来确定虚基类的内存位置。 那么为了实现这个功能，必然需要合成默认构造函数

 

2. 拷贝构造函数

对于拷贝构造函数，不少人会有迷糊的感觉，觉得编译器会给每一个类合成一个，但是实际远不是这样的，

因为对于部分情况，拷贝构造函数是没有任何必要的，只需要进行所谓的 bitwise copy就行，即把对象对应的二进制内容原封不动的复制一份就行

但在一些情况下，编译器会压抑bitwise copy, 为类合成一份拷贝构造函数

 

2.1  当成员有拥有一个拷贝构造函数时

同默认构造函数类似，一个成员拥有拷贝构造函数（无论时被编译器合成的，还是自己显式定义的）时，该类就不能进行bitwise copy了，需要合成拷贝构造函数。

否则就无法调用成员的拷贝构造函数

 

2.2  继承自拥有拷贝构造函数的基类

和默认构造函数类似，拷贝时必须调用基类的拷贝构造函数，所以必然需要合成

 

2.3 类拥有虚函数时

在这种情况，拷贝构造函数需要设置虚函数表，不能理解的话考虑用一个派生类对象初始化基类对象，这时必然需要设置成员中的虚函数表指针重新指向基类的虚函数表。

 

2.4 类派生自虚基类时

和默认构造函数类似，需要保证其虚基类指针的正确设定，必然需要合成拷贝构造函数

 

本章中还谈论了 NRV优化其利弊和形式，以及面试官很喜欢的初始化列表的问题。这些暂时就不写了。