高山流水

Inside The C++ Object Model 學(xué)習(xí)筆記 -- The Semantics Of Constructors

2.1 Default Constructor 的構(gòu)造操作
??? 按照C++ Annotated Reference Manaual 的說(shuō)法："Default constructor... 在需要的時(shí)候被編譯器產(chǎn)生出來(lái)". 這里的關(guān)鍵字是：“在需要的時(shí)候”。
??? C++ Standard[ISO-C++95]中又有如下的聲明：對(duì)于class X, 如果沒(méi)有任何user-declared constructor，那么會(huì)有一個(gè)default constructor 被暗中聲明出來(lái)....一個(gè)被暗中聲明出來(lái)的default constructor 將是一個(gè)trival的constructor"。 這里我覺(jué)得主要是“user-declared constructor”，它包括用戶所定義的所有的constructor還有其它的一些有virtual關(guān)鍵字的操作。這樣下面的四種情況下由編譯器生成的constructor是notrival default constructor：
???
??? 1. 帶有 Default Constructor 的 Member Class Object(帶有缺省構(gòu)造函數(shù)的類成員對(duì)象)
??? 如果一個(gè)類的帶有一個(gè)或多個(gè)的類成員對(duì)象，而類成員對(duì)象又有構(gòu)造函數(shù)，那么就會(huì)生成該類就會(huì)生成一個(gè)notrival default constructor 構(gòu)造函數(shù)。 成員對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用是按成員對(duì)象的聲明順序執(zhí)行的。例如：

class ?Foo? {? public :?Foo(),?Foo( int )?.?} ;
class ?Bar? {? public :?Foo?foo;? char ? * str;?} ;?
??
void ?foo_bar()
{
???????Bar?bar;? // ?Bar::foo在這里被初始化(調(diào)用Foo的缺省構(gòu)造行數(shù):?Foo:Foo())
??????
?????? //
????? if ?(str)? {?} ??.?
???}

????
??? 對(duì)于有多個(gè)成員對(duì)象的類，則按成員對(duì)象在類的聲明中的順序調(diào)用它們的構(gòu)造函數(shù)。
??????
??? 2. 帶有 Default Constructor 的 Base Class(帶有缺省構(gòu)造函數(shù)的基類對(duì)象)????? ?指的是一個(gè)沒(méi)有任何constructorsrs的類派生自一個(gè)帶有“default constructor”的基類。 如果類存在多個(gè)構(gòu)造函數(shù)的話，那么編譯器也會(huì)擴(kuò)充現(xiàn)有的每一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，將調(diào)用基類的default constructor的代碼加入到其中。
???????
??? 3. 帶有一個(gè) Virtual Function 的 Class
??? 這樣的virtual Function可以使繼承來(lái)的或直接定義的。 編譯器在編譯期間會(huì)做如下工作
??? a. 生成一個(gè)virtual Function talbe(vtbl), 用來(lái)存放class 的virtual function的地址
??? b. 在每一個(gè)class object中，添加一個(gè)額外的pointer member(vptr)，它指向class vtbl的地址
???
??? 4. 帶有一個(gè) Virtual Base Class 的 Class
??? 這種情況是在導(dǎo)出類的安插一個(gè)virtual base classes的指針，用來(lái)在運(yùn)行時(shí)存取virtual base class 的成員。例如：

?1?????class?X?{?public:?int?i;?};?
?2?????class?A?:?public?virtual?X???{?public:?int?j;?};?
?3?????class?B?:?public?virtual?X???{?public:?double?d;?};?
?4?????class?C?:?public?A,?public?B?{?public:?int?k;?};?
?5?
?6?????//?cannot?resolve?location?of?pa->X::i?at?compile-time?
?7?????void?foo(?const?A*?pa?)?{?pa->i?=?1024;?}?
?8?????//?在編譯期可能生成如下形式:
?9?????//?void?foo(const?A*?pa)?{?pa->_vbcX->i?=?1024;?}?//?_vbcX:?virtual?base?class?X
10?????
11?????main()?
12?????{?
13?????????foo(?new?A?);?
14?????????foo(?new?C?);?
15?????
16?????????//??
17?????}
18?
19?

????
??? 注意:　在合成的default constructor中，只有base class subobjects和member class objects會(huì)被初始化，其它所有的nostatic data member都不會(huì)執(zhí)行初始化的操作．要我們自己手動(dòng)的去執(zhí)行初始化的操作．

??? 其實(shí)把握一個(gè)原則：要不要合成一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，依據(jù)編譯器的需要與否，合成出來(lái)的constructor也只是完成那些編譯器所需求。
???
??? 兩個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)：
?i. 任何時(shí)候，如果沒(méi)有定義default constructor，就會(huì)被合成一個(gè)出來(lái)。(而是根據(jù)編譯器的需要決定是否生成一個(gè)deault constructor)
?ii. 編譯器生成出來(lái)的default constructor會(huì)明確的初始化每類中的每一個(gè)data member.

2.2 Copy Constructor的構(gòu)建操作
??? 有三種情況下會(huì)有一個(gè)Copy Constructor的操作：
?i.?? 對(duì)一個(gè)object做明確的初始化操作??// class X{ ....};?? X x;??? X xx = x;
?ii.? 當(dāng)某個(gè)object作為參數(shù)傳遞給某個(gè)函數(shù)??// void foo(X x) { .... }
?iii. 函數(shù)傳回一個(gè)class object對(duì)象??// void foo(){ X xx; return xx;}

??? 1. Default Memberwise Initialization(缺省的按成員初始化)
??? 如果一個(gè)類沒(méi)有explicit copy constructor時(shí), class object在執(zhí)行copy constructor時(shí)，內(nèi)部以default member initialization的手法來(lái)完成，就是把每一個(gè)內(nèi)建或者派生而來(lái)的data member的值從某個(gè)object 拷貝一份到另一個(gè)object身上，對(duì)member class object是以遞歸的方式調(diào)用memberwise initialization的。
???
??? 這種初始化是通過(guò)在必要時(shí)生成一個(gè)copy constructor或通過(guò) bitwise copy 來(lái)完成的。 如果要通過(guò)bitwise來(lái)完成這這樣的操作，那么必須表現(xiàn)出bitwise copy semantise.?
???
??? C++ Standard中也把copy constructor分成trial 和notrivial兩種類型，只有notrivial的實(shí)體才會(huì)被合成于程序中。決定一個(gè)copy constructor是否為trivial在于類是否表現(xiàn)出所謂的"Bitwise copy sematics".
???
??? 2. Bitwise Copy Semantics
??? 在 bitwise copy sematics 下，不會(huì)構(gòu)造出一個(gè)default copy constructor. 例如：
?

?1????class?Word
?2?????{
?3?????public:?
?4?????????Word(const?char*);
?5?????????~Word(){?delete?[]str;?}
?6?????????//
?7?????private:
?8?????????int?cnt;
?9?????????char?*str;
10?????}??
11?????以上的是一個(gè)表現(xiàn)出Bitwise?copy?sematics的類，而以下是一個(gè)沒(méi)有表現(xiàn)出bitwise?copy?sematics的類
12?????class?Word
13?????{
14?????public:?
15?????????Word(const?char*);
16?????????~Word(){?delete?[]str;?}
17?????????//
18?????private:
19?????????int?cnt;
20?????????String?str;
21?????}
22?????
23?????class?String?
24?????{
25?????public:?
26?????????String(const?char*);
27?????????String(const?string&);?//?String的顯示copy?constructor
28?????????~String();
29?????????//.
30?????}
31?????這種情況下會(huì)合成一個(gè)copy?constructor以調(diào)用class?String?object的copy?constructor.
32?????inline?Word::Word(const?Word&?wd)
33?????{
34?????????str.String::String(wd.str);
35?????????cnt?=?wd.cnt;
36?????}????
37?

???????
??? 3. 不表現(xiàn)出Bitwise Copy Sematics的特性的情況
??? 以下的幾種情況class不表現(xiàn)出 Bitwise Sematics:
??????? a. 當(dāng)class 內(nèi)含有一個(gè)member object, 而后者的class 聲明有一個(gè)copy constructor時(shí)(合成或聲明的都可以)，就不表現(xiàn)出Bitwise Sematics
??????? b. 當(dāng)class 繼承自一個(gè)base class, 而后者存在有一個(gè)copy constructor(合成或聲明的都可以), 就不表現(xiàn)出Bitwise Sematics.
??????? c. 當(dāng)類聲明了一個(gè)或多個(gè)virtual function時(shí)
??????? d. 當(dāng)class派生自一個(gè)繼承創(chuàng)串鏈，其中有一個(gè)或多個(gè)virtual base classes時(shí), 類就不表現(xiàn)出Bitwise Sematics
??? 這四種情況和default constructor生成的是否一個(gè)trivial是一樣的, 也是滿足編譯器的需求。
??????
??? 4. 重新設(shè)定Virtual Table 的指針
??? 對(duì)于以上：當(dāng)類聲明了一個(gè)或多個(gè)virtual function的情況，程序會(huì)為類對(duì)象做如下兩個(gè)擴(kuò)張操作：
??????? (1) 增加一個(gè)vtbl的指針，內(nèi)含virtual function的指針地址。
??????? (2) 在類對(duì)象內(nèi)安插一個(gè)vptr指針，指向virtual function table.
??? 對(duì)于把一個(gè)base class object 以其derived class object的值初始化操作的時(shí)候，會(huì)發(fā)生切割(sliced)操作。這時(shí)也要保證vtbl的正確和vtpr的正確性。
???
??? 5. 處理Virtual Base Class Subobject
??? 如果一個(gè)class object是以另外一個(gè)object作為初始值的話，而后者又有一個(gè)virtual base class suboject的話，那么也會(huì)使bitwise copy sematics失效。例如：

?1?????class?Raccoon?:?public?virtual?ZooAnimal{
?2?????public:
?3???Raccoon(){??;?}
?4???Raccoon(int?val)?{?;?}
?5???private:
?6???//?
?7?????};
?8?
?9?????class?RedPanda?:?public?Raccoon{
10?????public:
11???RedPanda()?{?.;?}
12???RedPanda(int?val)?{?.;?}
13???private:
14???//?
15?????};
16?????執(zhí)行如下操作時(shí)會(huì)要求合成一個(gè)copy?constructor:
17?????RedPanda?little_red;
18?????Raccoon?little_critter?=?little_re;??//?這里編譯器必須明確的把little_critter的virtual?base?class?pointer/offset初始化。
19?
20?????//?如果只是這樣的操作用bitwise?copy?就可以了
21?????Raccoon?rocky;
22?????Raccoon?little_critter?=?rocky;???//?用簡(jiǎn)單的bitwise?copy?就可以搞定了
23?
24?

2.3 程序轉(zhuǎn)化語(yǔ)義學(xué)(Program Transformation Semantics)
?指的是程序在執(zhí)行的是候要做的類型和操作的轉(zhuǎn)換。 下面例子反映了三種轉(zhuǎn)換操作：

?

?1??#include?"X.h"
?2?
?3??X?foo(?X?x0)
?4??{
?5???X?xx;
?6?
?7???//?.,?對(duì)xx和x0進(jìn)行操作
?8?
?9???return?XX;
10??}
11?

?

?1. 明確的初始化操作(Explicit Initialization)
?例如：

1 X?x0
2 ? void ?foo_bar()
3 ? {
4 ??X?x1(x0);
5 ??X?x2? = ?x0;
6 ??X?x3? = ?X(x0);
7 ?}
8

?
?對(duì)程序做兩個(gè)階段的轉(zhuǎn)化：
?i. 重寫(xiě)每一個(gè)定義，其中的初始化操作都會(huì)被剝除
?ii. 類的Copy constructor操作會(huì)被安插進(jìn)去
?轉(zhuǎn)化后可能成為這樣的(偽碼)：
?這也就是說(shuō)前面三種的初始化操作都會(huì)轉(zhuǎn)換成Explicit Initialization.

?2. 參數(shù)的初始化(Argument Initialization)
?例如下面：

?1??void?foo(X?x0){?;?}
?2??void?call()
?3??{
?4???X?xx;
?5?
?6???//?.?xxx?初始化及其操作
?7?
?8???foo(xx);
?9??}
10??轉(zhuǎn)換后的操作為：
11??void?call()
12??{
13???X?xx;
14?
15???X?__temp0;
16???__temp0.X::X(xx);
17???foo(__temp0);????????????????//?foo?函數(shù)應(yīng)變成：void?foo(X&?x0);
18???__temp0.X::~X();??
19??}
20?
21?

?這就是為什么當(dāng)傳值到孫數(shù)的時(shí)候，不會(huì)把函數(shù)內(nèi)對(duì)傳入值的操作結(jié)果不會(huì)被修改，因?yàn)樗诤瘮?shù)內(nèi)本來(lái)修改的就不是外部傳人的那個(gè)變量。

?3. 返回值的初始化(Return Value Initialization)
?例如：
?X bar()
?{
??X xx;
??// ....
??return xx;
?}?
?
?轉(zhuǎn)化為如下偽碼:
?void bar(X& __result)
?{
??X xx;
??xx.X::X();?? // 編譯器生成的一個(gè)缺省的構(gòu)造函數(shù)調(diào)用

??// 處理 ....

??__result.X::X(xx);??? // 編譯器生成的copy constructor調(diào)用操作
??return;
?}
?
?如下的操作轉(zhuǎn)化為：
?void foo()
?{
??X xx = bar();
?}

?被轉(zhuǎn)化為：
?void foo()
?{
??X xx;
??bar(xx);?? // 注意這里不用執(zhí)行 default constructor
?}
?
?針對(duì)這種轉(zhuǎn)換，可以從使用層面上進(jìn)行優(yōu)化和在編譯器層面上做優(yōu)化操作。在編譯器層面上的操作就是采用NRV(Named Return Value)技術(shù)。
?如：
?x bar()
?{
??X xx;
??// ....
??return xx;
?}
?優(yōu)化為：
?void bar(X& __result)
?{
??__result.X::X();

??//....? 直接的處理 __result

??//
??return ;
?}?

2.4 成員初始化隊(duì)伍(Member Initialization List)
?這里有兩點(diǎn)要注意：
?1. 以下的四種情況下必須使用 member intialization list
??I.?? 當(dāng)初始化一個(gè)reference member時(shí)
??II.? 當(dāng)初始化一個(gè)const member時(shí)
??III. 當(dāng)初始化一個(gè)base class 的constructor，而它擁有一組參數(shù)時(shí)
??IV.? 當(dāng)調(diào)用一個(gè)member class的constructor, 而它擁有一組參數(shù)時(shí)

??其它情況下可以用在構(gòu)造函數(shù)內(nèi)初始化也可以
?
?2. 關(guān)于初始化的次序問(wèn)題：
??編譯器的初始化的順序是按member聲明次序來(lái)依次的初始化的。它會(huì)安插一些代碼到構(gòu)造函數(shù)內(nèi)，并放在任何其它用戶初始化的代碼之前.

?

posted on 2006-10-30 14:33 猩猩 閱讀(322) 評(píng)論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C&C++語(yǔ)言