高山流水

Inside The C++ Object Model 學習筆記 -- The Semantics Of Constructors

2.1 Default Constructor 的構造操作
??? 按照C++ Annotated Reference Manaual 的說法："Default constructor... 在需要的時候被編譯器產生出來". 這里的關鍵字是：“在需要的時候”。
??? C++ Standard[ISO-C++95]中又有如下的聲明：對于class X, 如果沒有任何user-declared constructor，那么會有一個default constructor 被暗中聲明出來....一個被暗中聲明出來的default constructor 將是一個trival的constructor"。 這里我覺得主要是“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(帶有缺省構造函數的類成員對象)
??? 如果一個類的帶有一個或多個的類成員對象，而類成員對象又有構造函數，那么就會生成該類就會生成一個notrival default constructor 構造函數。 成員對象的構造函數的調用是按成員對象的聲明順序執行的。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(調用Foo的缺省構造行數:?Foo:Foo())
??????
?????? //
????? if ?(str)? {?} ??.?
???}

????
??? 對于有多個成員對象的類，則按成員對象在類的聲明中的順序調用它們的構造函數。
??????
??? 2. 帶有 Default Constructor 的 Base Class(帶有缺省構造函數的基類對象)????? ?指的是一個沒有任何constructorsrs的類派生自一個帶有“default constructor”的基類。 如果類存在多個構造函數的話，那么編譯器也會擴充現有的每一個構造函數，將調用基類的default constructor的代碼加入到其中。
???????
??? 3. 帶有一個 Virtual Function 的 Class
??? 這樣的virtual Function可以使繼承來的或直接定義的。 編譯器在編譯期間會做如下工作
??? a. 生成一個virtual Function talbe(vtbl), 用來存放class 的virtual function的地址
??? b. 在每一個class object中，添加一個額外的pointer member(vptr)，它指向class vtbl的地址
???
??? 4. 帶有一個 Virtual Base Class 的 Class
??? 這種情況是在導出類的安插一個virtual base classes的指針，用來在運行時存取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會被初始化，其它所有的nostatic data member都不會執行初始化的操作．要我們自己手動的去執行初始化的操作．

??? 其實把握一個原則：要不要合成一個構造函數，依據編譯器的需要與否，合成出來的constructor也只是完成那些編譯器所需求。
???
??? 兩個錯誤的觀點：
?i. 任何時候，如果沒有定義default constructor，就會被合成一個出來。(而是根據編譯器的需要決定是否生成一個deault constructor)
?ii. 編譯器生成出來的default constructor會明確的初始化每類中的每一個data member.

2.2 Copy Constructor的構建操作
??? 有三種情況下會有一個Copy Constructor的操作：
?i.?? 對一個object做明確的初始化操作??// class X{ ....};?? X x;??? X xx = x;
?ii.? 當某個object作為參數傳遞給某個函數??// void foo(X x) { .... }
?iii. 函數傳回一個class object對象??// void foo(){ X xx; return xx;}

??? 1. Default Memberwise Initialization(缺省的按成員初始化)
??? 如果一個類沒有explicit copy constructor時, class object在執行copy constructor時，內部以default member initialization的手法來完成，就是把每一個內建或者派生而來的data member的值從某個object 拷貝一份到另一個object身上，對member class object是以遞歸的方式調用memberwise initialization的。
???
??? 這種初始化是通過在必要時生成一個copy constructor或通過 bitwise copy 來完成的。 如果要通過bitwise來完成這這樣的操作，那么必須表現出bitwise copy semantise.?
???
??? C++ Standard中也把copy constructor分成trial 和notrivial兩種類型，只有notrivial的實體才會被合成于程序中。決定一個copy constructor是否為trivial在于類是否表現出所謂的"Bitwise copy sematics".
???
??? 2. Bitwise Copy Semantics
??? 在 bitwise copy sematics 下，不會構造出一個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?????以上的是一個表現出Bitwise?copy?sematics的類，而以下是一個沒有表現出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?????這種情況下會合成一個copy?constructor以調用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. 不表現出Bitwise Copy Sematics的特性的情況
??? 以下的幾種情況class不表現出 Bitwise Sematics:
??????? a. 當class 內含有一個member object, 而后者的class 聲明有一個copy constructor時(合成或聲明的都可以)，就不表現出Bitwise Sematics
??????? b. 當class 繼承自一個base class, 而后者存在有一個copy constructor(合成或聲明的都可以), 就不表現出Bitwise Sematics.
??????? c. 當類聲明了一個或多個virtual function時
??????? d. 當class派生自一個繼承創串鏈，其中有一個或多個virtual base classes時, 類就不表現出Bitwise Sematics
??? 這四種情況和default constructor生成的是否一個trivial是一樣的, 也是滿足編譯器的需求。
??????
??? 4. 重新設定Virtual Table 的指針
??? 對于以上：當類聲明了一個或多個virtual function的情況，程序會為類對象做如下兩個擴張操作：
??????? (1) 增加一個vtbl的指針，內含virtual function的指針地址。
??????? (2) 在類對象內安插一個vptr指針，指向virtual function table.
??? 對于把一個base class object 以其derived class object的值初始化操作的時候，會發生切割(sliced)操作。這時也要保證vtbl的正確和vtpr的正確性。
???
??? 5. 處理Virtual Base Class Subobject
??? 如果一個class object是以另外一個object作為初始值的話，而后者又有一個virtual base class suboject的話，那么也會使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?????執行如下操作時會要求合成一個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;???//?用簡單的bitwise?copy?就可以搞定了
23?
24?

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

?

?1??#include?"X.h"
?2?
?3??X?foo(?X?x0)
?4??{
?5???X?xx;
?6?
?7???//?.,?對xx和x0進行操作
?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

?
?對程序做兩個階段的轉化：
?i. 重寫每一個定義，其中的初始化操作都會被剝除
?ii. 類的Copy constructor操作會被安插進去
?轉化后可能成為這樣的(偽碼)：
?這也就是說前面三種的初始化操作都會轉換成Explicit Initialization.

?2. 參數的初始化(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?函數應變成：void?foo(X&?x0);
18???__temp0.X::~X();??
19??}
20?
21?

?這就是為什么當傳值到孫數的時候，不會把函數內對傳入值的操作結果不會被修改，因為它在函數內本來修改的就不是外部傳人的那個變量。

?3. 返回值的初始化(Return Value Initialization)
?例如：
?X bar()
?{
??X xx;
??// ....
??return xx;
?}?
?
?轉化為如下偽碼:
?void bar(X& __result)
?{
??X xx;
??xx.X::X();?? // 編譯器生成的一個缺省的構造函數調用

??// 處理 ....

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

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

??//....? 直接的處理 __result

??//
??return ;
?}?

2.4 成員初始化隊伍(Member Initialization List)
?這里有兩點要注意：
?1. 以下的四種情況下必須使用 member intialization list
??I.?? 當初始化一個reference member時
??II.? 當初始化一個const member時
??III. 當初始化一個base class 的constructor，而它擁有一組參數時
??IV.? 當調用一個member class的constructor, 而它擁有一組參數時

??其它情況下可以用在構造函數內初始化也可以
?
?2. 關于初始化的次序問題：
??編譯器的初始化的順序是按member聲明次序來依次的初始化的。它會安插一些代碼到構造函數內，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(308) 評論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C&C++語言