构造函数语义学——Copy Constructor的建构操作

Posted wangziqiang123

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了构造函数语义学——Copy Constructor的建构操作相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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在三种情况下，会以一个object的内容作为另一个class object的初值：

  1. object明确初始化

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    class ...;
    X x;
    X xx = x;

  2. object被当作参数交与某个函数

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    extern void foo(X x);
    void bar()
        X xx;
        foo(xx);

  3. 函数返回值是一个class object

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    X foo_bar()
        X xx;
        ...
        return xx;

如果开发者已经明确定义了一个copy constructor如下：

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//copy constructor可以是多参数，其中有一个参数是其class type
X::X(const X& x);
Y::Y(const Y& y);

那么在大部分情况下，当class object以另一个同类实体作为初值时，上述constructor会被调用，这可能会导致一个暂时性class object的产生或程序代码发生改变（或二者都有）。

Default Memberwise Initialization

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如果函数并没有提供一个explicit copy constructor，那么其拷贝同类型对象的操作由default memberwise initialization完成，其执行策略为：对每一个内建或派生的data member的值，从某一个object拷贝到另一个object。不过它不会拷贝其中的member class object，而是实施递归式的memberwise initialization(对每一个对象依次执行default memberwise initialization）。

实例

考虑如下class声明：

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class String
public:
    ...//不存在explicit copy constructor
private:
    char *str;
    int len;
;

String object的default memberwise initialization发生于这种情况：

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String noun("book");
String verb = noun;

其完成方式类似于依次各别设定每一个member：

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verb.str = noun.str;
verb.len = noun.len;

如果String是另一个class的member：

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class Word
public:
     ...//不存在explicit copy constructor
private:
    int _occurs;
    String _word;
;

那么一个Word object的default memberwise initialization会拷贝其内建的member _occurs，然后对String member执行递归式memberwise initialization。

如果开发者没有为class指定copy constructor，那么编译器也会生成implicit的声明与定义。类似于Default constructor，C++亦把copy constructor区分为trivial与non-trivial两种，只有non-trivial的实体才会被合成于程序之中。决定一个copy constructor是否为trivial的依据是class是否表现出所谓的“bitwise copy semantics”。

Bitwise Copy Semantics

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Word noun("book");

void foo()
    Word verb = noun;

很明显verb是根据noun来初始化，但在未了解Word class声明之前，我们无法预测该初始化操作的程序行为。如果开发者定义了copy constructor，那么编译器会调用它。如果没有，编译器会根据class 是否展现出bitwise copy semantics，来合成一个copy constructor。

举例而言，如果Word内部数据仅仅含有内置类型，那么编译器不会合成copy constructor，而是执行bitwise copy。但如果Word内含一个String object，而String class存在一个explicit copy constructor，那么编译器将不得不合成一个copy constructor，以调用member object的copy constructor，在该合成的copy constructor中，内置类型仍然使用bitwise copy。

Bitwise Copy不出现的情况

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一个class有四种情况不会表现出bitwise copy：

  1. class内含一个member object，而后者有一个copy constructor（无论是开发者指定还是编译器合成）
  2. class继承自一个base class，而后者存在一个copy constructor（无论是开发者指定还是编译器合成）
  3. class声明了一个或多个virtual functions
  4. class存在的继承体系内存在一个或多个virtual base class

在前两种情况下，编译器会将member或base class的copy constructors插入至合成的copy constructors中。

重设定vptr

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在上一节我们曾经阐述过，含有virtual functions的class会在编译期间构造函数会自发扩张：

  1. class会增加一个vtbl
  2. class object会增加一个vptr

显然，vptr是决定多态机制能否正确运行的关键，当编译器将vptr导入至class之中时，该class不再具备bitwise semantics。编译器需要合成一个copy constructor，将vptr合理初始化。

实例

现有继承体系及class声明如下：
技术图片

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class ZooAnimal
public:
    ZooAnimal();
    virtual ~ZooAnimal();
    virtual void animate();
    virtual void draw();
private:
    ...//some data
;
class Bear : public ZooAnimal
public:
    Bear();
    void animate();
    void draw();
private:
    ...//some data
;

ZooAnimal object相互赋值或者Bear object相互赋值都可以通过bitwise copy semantics完成。在这种情况下，vptr保持bitwise copy是安全的。

当一个base class object以其derived class object内容作初始化操作时，其vptr也需要保证安全：

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Bear B;
ZooAnimal Z = B;//sliced

显然，Z的vptr不应该指向Bear的vtbl，也就是说，Base class被合成出来的copy constructor会明确设定object的vptr指向Base Class的vtbl，而非从rhs处执行bitwise copy。

处理Virtual Base Class Subobject

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一个class object如果以另一个object作为初值，而后者带有一个virtual base class subobject，那么bitwise semantics同样会失效。

在上一节中我们已经编译器需要保证在运行期明确virtual base class subobject的位置。Bitwise copy可能会破坏这个位置。

实例

现有继承体系及class声明如下：
技术图片
···C++
class Raccoon:public virtual ZooAnimal
public:
Raccoon();
Raccoon(int val);
…
private:
…//some data

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在开发者撰写的constructor中，编译器会生成：
 1. 调用ZooAnimal的default constructor代码
 2. Raccoon的vptr初始化代码
 3. 定位Raccoon中ZooAnimal subobject代码

编译器会将上述代码插入至两个constructor之内，并且放在开头位置。

当一个class object以其derived class object作为初值时，bitwise失效，因为此时编译器必须判断“后续当程序员试图存取其Base class subobject时程序能否正常运行。
考虑如下继承体系与声明：
![image_1cchtdv2o1tvlga1o4414a752613.png-20.9kB][3]
```C++
class RedPanda:public Raccoon
public:
    RedPanda();
    RedPanda(int val);
private:
    ...

现有object分析图如下：
技术图片
在下述代码中，编译器无法判断bitwise copy是否有效，因为编译器无法了解Raccoon是否指向了一个真正的Raccoon对象：

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Raccoon *ptr;
Raccoon little_critter = *ptr;//可能ptr指向了派生类

总结

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我们是否可以认为，在bitwise copy完全合理的情况下，应当禁止调用copy constructor以优化程序？这个问题将会在后续章节中讨论。
本节我们讨论了class不再保持bitewise copy semantics的四种情况，在这四种情况下，如果未声明copy constructor，那么编译器为了保证初始化正确，将会合成一个copy constructor。

原文:大专栏  构造函数语义学——Copy Constructor的建构操作


以上是关于构造函数语义学——Copy Constructor的建构操作的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

复制构造函数2——深入理解

第27课二阶构造模式（上）---------出现的背景

1.13 深浅拷贝

javascript语句语义大全

类的初始化和执行过程

玩转JavaScript OOP[2]——类的实现