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

 

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 　　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.

 

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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;   
}

 

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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.

 

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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：

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 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。

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 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。