深度探索C++对象模型之第二章:构造函数语意学之Copy constructor的构造操作
C++ Standard将copy constructor分为trivial 和nontrivial两种:只有nontrivial的实例才会被合成于程序之中。决定一个copy constructor是否是nontrivial的,则是由classs是否具有 bitwise copy semantics,在以下四种情况下:class 不具有bitwise copy semantics,如果一个已经声明的类缺乏copy constructor ,编译器为了正确处理“以一个 class object 作为另一个class object的初值”,编译器会为class合成一个copy constructor。
- 当class内含一个member object,而这个member object的class声明中有一个copy constructor(不论是用户explicitly define还是编译器合成的)
- 当class继承自一个base class,而这个bass class 存在 copy constructor(无论是用户explicitly define or 编译器合成的)
- 当classs声明了一个或多个virtual function
- 当类派生自一个继承串链,其中有一个或多个 virtual base class时
对于以上四种情况,类不再具有bitwise copy semantics(逐位次拷贝语义学)时,而且默认构造函数若未被声明的话,default constructors会被视为nontrival.
一、下面来介绍下什么叫bitwise copy semantics:
给两个例子:大家自己对比一下吧
比如下面这个例子就展示了 bitwise copy semantics:
class Word{
public:
Word (const char*) ;
~Word() {delete [] str;}
private:
int cnt;
char *str;
};
而下面这个例子Word类就不再展现出bitwise copy semantics,编译器必须合成出一个copy constructors,以便调用member class String object的copy constructor.
class Word{
public:
Word(const String&);
~Word();
private:
int cnt;
String str;
}; //其中String声明了一个explicit copy construcotr
class String{
public:
String(const char*); //显示声明的默认构造函数
String(const char &);//explicit copy constructors
~String(); };
则针对上述情况,编译器为类Word合成一个copy consructor,如下所示:注意正如我们期待的一样:在被合成的copy constructor中,如整数、指针、数组等nonclass members也会被复制。
//C++伪代码
inline Word::Word(const Word& wd)
{
str.String::String(wd.str);
cnt = wd.cnt;
}
二、下面介绍三种会以一个object的内容作为另一个class object初值的情况:
第一种情况就是对一个object做显示的初始化操作:
class X{...};
X x; //显示的用一个object的内容作为另一个class object的初值
X xx = x;
第二种情况就是当object被当做某个参数传递给某个函数时;
extern void foo(X x);
void bar()
{
X xx;
//以xx作为foo()第一个参数的初值(隐式的初始化操作)
foo(xx);
}
第三种情况就是当函数传回一个class object时:
X foo_bar()
{
X xx;
return xx;
}
当class object以相同class的另一个object作为初值时,其内部是以所谓的default memberwise initialization(逐成员初始化)完成的:即把每一个内建或派生的data member的值,从一个object拷贝到另一个object上,不过他并不会拷贝其中的class object,而是递归的实行member initializaiton.
三、下面我们讨论四种情况的第三种:当classs声明了一个或多个virtual function
当class声明了一个或多个virtual function时,编译器会发生以下扩张行为:
- 增加一个virtual function table(vtbl),内含每个有作用的virtual function地址
- class objet增加一个指向vtbl的指针(vptr).
当编译器导入一个vptr(是新导入一个vptr,例如将base class object以derived class的object内容初始化时,重要!!!)时,class就不再展现bitwise copy semantics啦,所以编译器需要合成一个copy constructor,来让vptr正确的初始化:
来看一个例子:
class ZooAnimal{
public:
ZooAnimal();
virtual ~ZooAnimal();
virtual void animate();
virtua void draw(); private:
//ZooAnimal的内建数据...
}; class Bear : public ZooAnimal{
Bear();
void animate(); //virtual function
void draw() ; //虚函数
virtual void dance();
private:
//Bear的内建函数 };
当以一个ZooAnimal object作为另一个ZooAnimal object的初值 或 以一个Bear object作为另一个Bear object的初值时,此时并不是新导入一个vptr,virtual function table仍然是原有的表,所以此时具有bitewise semantics,此时编译器要产生的拷贝构造函数是trivial(无意义的),根本不会合成。
举个例子如下:
Bear yogi;
Bear whii = yogi;
经过上述操作之后yogi oobject和whii object中分别含有的vptr指向的vtbl是相同的,如下图所示:
而如果一个base class object以一个derived class object的初值初始化时,则此时base class 就不再具有bitwise semantics
举个例子:
Bear yogi;
ZooAnimal whii = yogi;
此时编译器需要合成一个nontrivial的copy structor来显示设定base object的vptr指向base class的vptr,而不是直接从右边derived class object中将vptr的值拷贝出来。 如下图所示:
四、下面我们讨论四种情况的第三种:处理virtual Base class实例
bitwise copy semantics失效发生在一个class object以其derived object作为初值时,而不是发生在一个class object 以一个同类的object作为初值时,(后者使用bitwise copy拷贝绰绰有余)
举个例子如下:
//定义一个浣熊类
class Raccoon : public virtual ZooAnimal {
public:
Raccoon() { }
Raccoon(int val) { }
private:
//Raccon的内建数据 }; //定义一个大熊猫类 继承自浣熊
class RedPanda : public Raccoon{
public:
RedPanda() { }
RedPanda(int val) { }
private:
//RedPand的内建数据
};
记住浣熊才是这个具有虚基类的类,需要编译器合成trivial的 copy constructor就发生在当 浣熊以大熊猫作为初值时。因为每个编译器对于虚拟继承的承诺,都代表必须让 “derived class object中的virtual base class subobject位置”在执行期就准备妥当,即如下情况:
RedPanda little_red;
Raccoon little_critter = little_red;
在这种情况下,编译器必须合成一个copy constructor,安插一些代码以设定virtual base class的初值(或只简单的确定它没有被抹除),对每一个members执行必要的memberwise初始化操纵,以及执行其他的内存相关操作。
好啦,本节关于何时编译器会合成一个nontrivial的copy constructor的讨论就结束啦,大家要记得复习哦。
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