【深度探索C++对象模型】第二章 构造函数语意学(中)

第二章 构造函数语意学(The Semantics of Constructors)（中）

—— 本书作者：Stanley B.Lippman

(接上篇)

三、Copy Constructor 的建构操作

    学习目标：

• 什么是 拷贝构造函数(Copy Constructor) ?
• 何时会调用 拷贝构造函数(Copy Constructor)? 
• 编译器什么时候会为我们合成一个“有用”的拷贝构造函数？

    何时会调用拷贝构造函数(Copy Constructor)？

    当一个 对象 通过另一个对象来初始化时，前者的 拷贝构造函数 会被调用。

    1. 第一种情况： 初始化。

class X

{

// ...

};

X x;    // 定义一个 X 对象

X xx = x;    // xx 用 x 来初始化，但如果是： X xx; xx = x; 这里调用的就是 operater = 了，原因很明显，前面才是初始化，这里是赋值。

    2. 第二种情况：对象 作为函数参数。

extern void foo(X x);

void bar()

{

    X xx;

    // 以 对象 xx 作为 foo(X x) 的参数x的初值。会调用 x 的Copy Constructor，这里的 x 是一个临时对象。

    foo(xx);

}

    3. 第三种情况：对象 作为函数返回值。

X foo_bar()

{

    X xx;

    // ...

    return xx;

}

    拷贝构造函数的表现形式：

class X

{

    X( const X& x);
    // 也可能是多参形式，第二个参数及其后的参数有默认值

    // X( const X& x, int other = 0);

}

    Default Memberwise Initialization

    如果你没有给你的 class 显示的定义 拷贝构造函数，那么在发生需要调用拷贝构造函数的情形时，内部是通过 default Memberwise Initialization 手法完成的。

    Default Memberwise Initialization 看起来像什么样子呢？

class A

{

public:

    A(const A& a);

private:

    int a;

    int b;

}

// 编译器合成的 Copy Constructor 可能像这样：

A::A(const A& a)

{

    this->a = a.a;

    this->b = a.b;

}

    【注】当你的类里有指针成员的时候，要格外小心。具体什么问题，可参考 Effective C++ 里的条例。

    当我们没有显示定义 拷贝构造函数 时，编译器什么时候才会为我们合成一个？

    当一个 class 没有显示定义 copy constructor 的时候，编译器会在必要的时候为这个class合成出来。所谓的必要时，是指 class 没有展现出 Bitwise Copy Semantics(位逐次拷贝) 时。而当 class 展现出 位逐次拷贝 时，并不需要合成一个 Copy Constructor，默认的 Memberwise Initialization 就已足够（但有风险：指针问题）。

    什么时候一个 class 不展现出 Bitwise Copy Semantics 呢？有四种情况：

    1. 当 class 内含一个 成员对象，且该成员对象的类声明有一个 copy constructor 时（不一定是明确声明的，也可能是由编译器合成的 copy constructor）。如，你的 class 里有一个 std::string 成员时（std::string 的copy constructor 不是合成的，是明确声明的），这时如果你没有明确声明一个 copy constructor 编译器会为你合成一个。

    2. 当 class 继承自一个 base class ，而后者存在一个 copy constructor 时（合成的或者声明的都算）。

    3. 当 class 声明了一个或多个 virtual functions 时。

    4. 当 class 的继承串链中，其中有一个或者多个 virtual base classes 时。

    重新设定 Virtual Table 的指针__vptr

    前面曾学到过，C++对象模型是如何支持 virtual 机制的。是通过在 class 内安插了一个 vptr 指向其相应的 vtbl。因此，如果编译器不能正确的初始化 vptr，将导致严重的后果。所以，当一个 class 有 virtual functions 时，就不在展现出 Bitwise semantics。于是编译器将会合成一个 copy constructor 来初始化 vptr。下面是列子。

    【注】一个 class 对应一个 vtbl。相同 class 的 objects 的 vtbl 相同，也即 vptr 指向的地址相同。

class Base

{

public:

    Base();

    virtual ~Base(); // 基类的析构函数一定要 virtual，否则会导致严重后果。

    

    virtual void draw();

};

class Derive : public Base

{

public:

    Derive();

    void draw(); // 虽没写明 virtual，但实际上是 virtual。

};

Derive yogi;

Derive winnie = yogi; // OK! winnie 和 yogi 的 vtbl 地址相同。可以直接拷贝 vptr 的值。

Base franny = yogi; // 注意，franny 的 vptr 和 yogi 的 vptr 指向不同的 vtbl，因此，copy contructor 需要重新设定 franny 的值，防止其指向 Derive 的vtbl.

// 这里还涉及到以子类初始化基类时的切割问题

    也就是说：合成出来的 Base class 的拷贝构造函数会明确设定其对象的 vptr 指向 Base class 的 vtbl，而不是直接从右手边的 class object 中的 vptr 地址拷贝过来。

    处理 Virtual Base Class Subobject

    对于虚拟继承（即：继承自一个虚基类），编译器必须维护 派生类中虚基类的位置（要理解这个“位置”的含义，首先你的了解继承后的对象模型是怎样的）。

    直接按位拷贝可能会破坏这个"位置"。

class Raccoon : public virtual ZooAnimal

{

// ...

}

class RedPanda : public Raccoon

{

// ...

}

    当我们以一个Raccoon对象作为另一个Raccoon对象的初值时，不会有任何问题，默认的Bitwise semantics就足以搞定。但当我们以Derived class：RedPanda作为Raccoon的初值时，就需要编译器合成出一个 拷贝构造函数，以正确的通过 RedPanda(子类) 初始化 Raccoon(父类) 。

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