深度探索c++对象模型之类对象的赋值

      在C++中，当我们声明一个类时，如果没有给这个类操作符“=”定义一个函数，那么一般情况下编译器会自动为这个类合成一个默认的copy assignment operator【拷贝赋值操作符】，而这种copy assignment operator的工作模式是bitwise copy，所谓的bitwise copy，意思就是按位施以拷贝【两个类对象除了在内存中的位置不一样，其它的一模一样】。但这种模式是存在一定危险性的，比如，考虑一个虚继承A和B，B继承自A，我们先声明了一个B对象b，然后声明一个A对象a，接着再声明一个A指针对象p；首先，我们让p指向&b，然后再把*p赋值给a，很显然这就是一种错误【在bitwise copy情况下】，因为*p中的所有内容都原封不动照搬给A对象a了，那么也包括*p中的虚表指针，但实际上这个虚表指针是指向B类的，而a中的虚表指针正确情况下应该指向A类！所以编译器是会选择性的给类默认合成bitwise copy式copy assignment operator的，在以下四种情况下，编译器是不会合成出一个bitwise copy模式的copy assignment operator的：

1）：一个类中带有成员类对象，而这个内嵌类含有自己的【用户定义】copy assignment operator。

2）：一个类的基类有copy assignment operator。

3）：当一个类中声明了任何virtual function【虚函数】时。

4）：当一个类继承自virtual base class时【无论这个基类有没有copy assignment operator】。

      所以，如果我们定义这样一个Point类：

class Point{public:Point(int x=0, int y=0):_x(x),_y(y){};protected:int _x,_y;}

然后我们再写【Point a,b;......b=a;......】时，其中的【b=a;】就是按位照搬【bitwise copy】，这期间并没有调用什么copy assignment operator，而且这种模式效率还很高。

      现在，让我们来给Point导入一个copy assignment operator：

inline Point&Point::operator=(const Pont &p){_x=p.x;_y=p.y;return this;}

接着，让我们再定义一个Point3d类，该类虚拟继承自Point：

class Point3d:virtual public Point{public:Point3d(int _x=0,int _y=0,int _z=0);protected:int _z;} 

在这里，如果我们没有为Point3d定义一个拷贝赋值操作符，编译器就会为Point3d合成一个类似这样的拷贝赋值操作符【伪代码】：

inline Point3d&Point3d::operator=(Point3d* const this, const Point3d &p){//调用基类的函数实体this->Point::operator=(p);//memberwise copy the derived class members_z = p->_z;return *this;}

      与constructor不同的是，constructor可以有一个member initialization list，而copy assignment operator却不能有一个member assignment list，因此以下代码是非法的：

//非法代码inline Point3d&Point3d::operator=(const Point3d &p3d):Point(p3d),_z(p3d._z){}

要改成如下形式，才能通过编译：1）【Point::operator=(p3d);】或者【( *(Point *) this ) = p3d;】

      好了，现在让我们再创建两个类，Vertex和Vertex3d。其中，Vertex跟Point3d一样，也是虚拟继承自Point；而Vertex3d，则派生自Point3d和Vertex，为了简洁，本文不再赘述这两个类的代码，而是直接看它们的copy assignment operator函数定义：

//Vertex的拷贝赋值操作符inline Vertex&Vertex::operator=(const Vertex& v){this->Point::operator(v);_next = v._next;//这里的_next是Vertex新增的一个指针成员return *this;}

//Vertex3d的拷贝赋值操作符inline Vertex3d&Vertex3d::operator=(const Vertex3d &v3d){this->Point::operator=(v3d);this->Point3d::operator=(v3d);this->Vertex::operator=(v3d);...//其它一些Vertex3d自己成员的拷贝赋值【如果有的话】return *this;}

仔细看上面那两段代码，您会发现问题吗？嗯，那就是在给Vertex3d类的对象们拷贝赋值时，Point的copy assignment operator会被调用三次！那么有什么办法可以压抑限制一下基类的copy assignment operator吗，比如像constructor中传递一个额外的参数？书中给出的答案是不行！但是为什么不行，我当时是左看右看都不明白！我想了想，还是先上传书中的原话吧：

因为自己看不懂的缘故，无奈之下，我去知乎求助，有幸遇到一位好心大牛的回复，总算明白了一点。关键在于那句红横线的话“取copy assignment operator函数地址是合法的”，在彻底理解这句话的背后含义之前，让我们先来回顾一下constructor的额外参数选构法：就是在隐式参数this后面，通过多传递一个叫做“_most_derived”的额外参数，利用它来判定要不要调用基类构造函数。同样的类似方法，为什么不能适用于copy assignment operator呢？让我们看一下上图中作者给出的代码，其中的第二句代码，可以被转换成如下形式：

Point3d& (Point3d::*pmf)(const Point3d&) = Point3d::operator=;

如果编译器仿照constructor，给copy assignment operator里面加一个额外的参数，那么在给函数指针pmf声明时参数列表里面就应该加上一个bool型【因为额外参数的类型很可能就是bool型】，所以上图书中的那些代码根本就编译不通过。总之就是如果有额外参数的话，我们在声明一个copy assignment函数指针的时候，参数表里面不应该只有一个“const Point3d&”。C++先驱们很显然不希望用户们为这个参数表而头疼，所以就索性没有仿照constructor的做法。。。

      那么是不是可以通过产生一些分化函数【split function】来解决这个问题呢？比如在编译时将copy assignment operator分化为两个，让它们的参数列表不同【有无额外参数】，一个用来对付函数指针问题，一个用来对付高效率拷贝问题。知乎大牛给出的回答是：符合语意！但是编译出来的代码体积将大大增加，也许会得不偿失。

      事实上，很多编译器根本就不打算在这上面尝试过多的努力，所以像我们上面的例子，那个Point类的copy assignment operator会被调用多次。大家并不在乎这些效率上的浪费，因为C++标准都说了：我们并没有规定那些代表virtual base class的subobject是否该被“隐喻定义（implicitly define）的copy assignment operator”指派内容一次以上。（C++ Standard，Section 12.8）

      本文的最后，首先套用作者的话给大家一个建议：不要在任何virtual base class中声明数据成员！其次，再套用知乎大牛的题外话作为结束：

对象构造和对象复制，有很多类似的地方，但也需要注意它们的区别。《深度探索 C++ 对象模型》很多章节，都是先讲述对象构造怎么怎么样，再讲述对象复制时怎么样。平时写代码也是，对象构造、复制、释放，都需要特别注意。另外这本书有些术语似乎跟大陆的其术语不太一致，看的时候注意。比如书中常说的对象复制、对象拷贝，经常是指赋值。而我们大陆这边，说对象复制，通常联想到复制构造函数。英文就没有歧义，一个是 copy assignment operator, 一个是 copy constructor。C++ 不断为旧特性打补丁，virtual 继承这特性已入歧途。Point 的数据会重复是因为使用了多重继承，假如一开始就只有单继承，并添加接口，就没有之后的一系列问题。这些看似复杂的问题，是自己弄出来的。《深度探索 C++ 对象模型》这本书中，一旦涉及到 virtual 继承，编译器实现时就会有很多小花招，那些章节看起来也比较难懂。实际工程中不应该使用多继承，而只使用“单继承 + 接口”，接口概念在 C++ 中实现为没有数据的纯虚类。这样关于 virtual 一系列的章节，实际工程中没有那么重要。