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【深度探索C++对象模型】第二章 构造函数语意学(上)
第二章 构造函数语意学(The Semantics of Constructors)
—— 本书作者：Stanley B.Lippman
一、前言
首先让我们来梳理一个概念：
- 默认构造函数(Default Constructor) : 是在没有显示提供初始化式时调用的构造函数。它由不带任何参数的构造函数，或是为所有形参提供默认实参的构造函数定义。如果定义的某个类的成员变量没有提供显示的初始化式时，就会调用默认构造函数(Default Contructor)。
如果用户的类里面，没有显示的定义任何构造函数，编译器就会为该类合成一个默认构造函数。这种说法对吗？
在 C++ Annotated Reference Manual (ARM)[ELLIS90] 中的 Section 12.1 告诉我们："default contructors ... 在需要的时候被编译器产生出来"。关键字眼是"在需要的时候"。被谁需要？何时需要？请看下面这段代码：
class Foo { public: int val; Foo *pNext; }; //... void foo_bar() { Foo bar; // 这里程序要求 bar‘s data members 都被清为 0 if ( bar.val || bar.pNext ) // do something // ... } |
是的，上面的代码并不会合成一个 默认构造函数(default constructor)。
【注】Global objects 的内存保证会在程序激活时被清 0。Local objects 配置于程序的堆栈中，heap objects 配置于自由空间中，都不一定会被清为 0，它们的内容将是内存上次被使用后留下的痕迹。 【再注】上面这一段是原书中的注释，我现在对这翻译疑惑的是，heap objects 不就是配置于堆中吗？local objects 不就是配置于栈中吗？ |
那么，在什么时候才会合成一个 默认构造函数 呢？ 当编译器需要的时候！而且，被合成出来的 contructor 只执行编译器所需的行动。我们慢慢来理解这句话。
C++ Standard 已经修改了 C++ Annotated Reference Manual (ARM)[ELLIS90] 的说法，虽然其行为事实上仍然是相同的：
对于 class X，如果没有任何 用户声明的构造函数( user-declared constructor )，那么会有一个 默认构造函数(default constructor) 被暗中( implicitly ) 声明出来……一个被暗中声明出来的 默认构造函数 将是一个 trivial constructor(没啥用的构造函数)。 |
说实话，上面这段话我没有理解，如果大家有更好的解释，请在评论里告诉我。接下来，我们看一下，在什么情况下，编译器会合成出一个有用的(nontrivial)默认构造函数。
二、构造函数的建构
- "带有 Default Constructor" 的 Member Class Object
如果一个 class 没有任何 constructor，但它内含一个 成员对象(member class object)，而这个成员对象有 默认构造函数，那么这个 class 需要一个 有意义的构造函数(Nontrivial default constructor ) 就需要编译器为其合成出来。
在这里，我们要牢记，编译器合成的构造函数只满足编译器的需要。来看个例子：
class Foo { public: Foo(); // 默认构造函数 }; class Bar { public: // 缺少默认构造函数 Foo foo; // Bar 内含了一个 带有默认构造函数的 class : Foo char *str; }; // 测试 void foo_bar() { Bar bar; // 编译器需要 Bar::foo 在这里初始化 if ( str ) // ... } |
被合成出来的构造函数，只会调用 其内含的 class Foo 的默认构造函数来处理 Bar::foo，但并不会产生任何代码来初始化 Bar::str。将 Bar::foo 初始化是编译器的责任，而 Bar::str 则是程序员的责任！这点要牢记。
如果 Bar 已经有一个默认的构造函数了，如下：
class Foo { public: Foo(); // 默认构造函数 }; class Bar { public: Bar() { str = 0; } // 默认构造函数，初始化了 str，但是没有初始化 foo Foo foo; // Bar 内含了一个 带有默认构造函数的 class : Foo char *str; }; |
如上面这个例子，Bar 的构造函数还是不满足编译器需要，因此，编译器会再合成一个构造函数？答案是NO。
“如果 class A 内含一个或多个成员对象(member class objects)，那 class A 的每一个构造函数 必须调用每一个 成员对象的默认构造函数(default constructor), 调用顺序依照这些 成员对象 在 class A 中的声明次序。”
编译器会扩张已存在构造函数，具体的做法是，在用户代码之前安插相应代码以满足编译器需要。
被编译器扩张后的构造函数看起来可能如下：
Bar() { // 编译器安插的代码 foo(); // 原书的写法是：foo.Foo::Foo(); // 用户代码 str = 0; } |
- “带有 Default Constructor”的 Base Class
如果一个没有任何 构造函数 的 class 派生子一个“带有 默认构造函数”的基类，那编译器会为这个 class 合成默认构造函数。它将调用上一层 base classes 的 默认构造函数(根据派生链的顺序，自上而下的调用基类构造函数)。
如果这个 class 有多个 构造函数，但其中都没有 默认构造函数，编译器则会扩张每一个构造函数，用以“调用所有必要的 默认构造函数”。注意，编译器所做的是扩张，而不是合成一个新的构造函数。
- “带有一个 Virtual Function”的 Class
一下两种情况，也需要合成出 默认构造函数。
1. class 声明(或继承)一个 virtual function。
2. class 派生自一个继承串链，其中有一个或更多的 virtual base classes。
在第一章中，我们了解了 c++ 对象模型是如何支持 virtual 的。编译器必须为每一个 object 的 vptr 设定初值，使其指向相关的 vtbl。对于 class 所定义的每一个构造函数，编译器会安插一些代码来做这样的事情，对于没有任何构造函数的 class，编译器会为他们合成一个默认的构造函数，以便初始化类的每一个 object 的vptr。
- “带有一个 Virtual Base Class”的 Class
上面一段话已经提过，这里单独说一点：Virtual base class 的实现方法在不同编译器之间存在差异，但他们的共同点在于必须使 virtual base class 在其每一个 derived class object 中的位置，能够于执行期准备妥当。
【小结】 C++ 新手一般有两个常见的误解： 1. 任何 class 如果没有定义 默认构造函数( default constructor ) ，就会被合成出一个来。 2. 编译器合成出来的 默认构造函数( default constructor ) 会明确设定“class 内每一个 成员变量 的默认值”。 实际上，只有四种情况会导致“编译器必须为没有任何构造函数的 类 合成一个 默认构造函数”。被合成出来的 默认构造函数只满足编译器需要，而不满足程序需要。 至于没有上述四种情况同时又没有任何构造函数的类，我们说它们拥有的是 implicit trivial default constructors(隐式的，无用的默认构造函数)，它们实际上并不会被合成出来。 |
【引申】 在 Effective C++ 中，对 默认构造函数(default constructors) 的介绍如下： Default constructor 意指可以“无需任何参数就被调用”者。这样的一个构造函数，如果不是没有任何参数，就是每个参数都有默认值。 |
（第二章内容较多，本次先更新到这里，下一篇文章里，将会看到拷贝构造函数的建构操作，以及构造函数的初始化列表等等。敬请期待。）
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