讨论构造函数的N种调用情况的问题

C++构造优化实践
本文通过几个具体的C++示例,介绍了如何利用编译器优化减少构造函数和赋值运算符的调用次数,以此来提高程序运行效率。

c++对传参和传返回值时构造的优化处理

  1. c++形式参数类型和返回值类型如果是引用,那么在传递时,那么在传递时,会把实参或者返回值的引用自动赋值给形式参数(返回值)
  2. c++返回赋值和返回值的使用往往会进行编译器的优化.
  3. c++函数参数(或者返回值)赋值时,如果其类型是类类型并且对应的构造函数存在,那么会自动调用匹配的构造函数构造
    任何的问题只有实践之后才能知晓真正的原理
class AA 
{}; 
AA f (AA a) 
{ 
return a ; 
}

void Test1 () 
{
AA a1 ; 
a1 = f(a1); //将匿名对象直接返回,减少一次构造函数重载
}

void Test2 () 
{ 
AA a1 ; 
AA a2 = f(a1); //将函数的匿名对象直接返回,优化成a2拷贝构造匿名对象,而不是赋值运算符重载
} 

void Test3 () 
{ 
AA a1 ; 
AA a2 = f(f(a1)); //同上
}

Test1中调用了2次AA的拷贝构造函数,1次AA的赋值运算符函数的重载。
Test2中调用了2次AA的拷贝构造函数,0次AA的赋值运算符函数的重载。
Test3中调用了3次AA的拷贝构造函数,0次AA的赋值运算符函数的重载。

<think>首先,用户的问题是关于C++代码中构造函数调用时机分析。代码已经给出,我需要逐步分析代码执行过程中构造函数调用情况。 用户提供的引用中,[^1]是关于String类的构造函数、析构函数和赋值函数的实现,[^2]是一个工厂模式的示例,[^3]是关于虚函数默认参数的继承问题,[^4]是关于C++代码优化的总结。这些引用可能不是直接相关的,但用户提到“上述引用仅供参考”,所以我应该专注于用户的问题本身。 用户的问题:分析给定C++代码中构造函数调用时机。代码是: ```cpp #include <iostream> using namespace std; struct A { static int n; virtual void f() = 0; virtual int g() { cout << "A::g()\n"; return 1; } A() { n++; } virtual ~A() {} }; int A::n = 0; class B : public A { public: int g() override { cout << "B::g()\n"; return 2; } void f() override {} ~B() { n--; } }; struct C : public B { public: int g() override { cout << "C::g()\n"; return 3; } ~C() { cout << "n = " << n << endl; } }; void h(A& a, B* b) { cout << a.g() + b->g() + A::n << endl; } int main() { B b; B* p = new C; h(b, p); delete p; } ``` 我将分析代码的执行流程,特别是构造函数调用的时机。 1. **全局变量初始化**: - `int A::n = 0;`:这是一个静态成员的初始化,在程序开始时执行。这不是构造函数调用。 2. **main函数执行**: - `B b;`:这是一个局部对象的声明。这会调用B的构造函数。 - B继承自A,所以B的构造函数调用基类A的构造函数。 - 顺序:首先调用A的构造函数,然后调用B的构造函数(如果没有显式定义构造函数,编译器会生成一个默认的)。 - 在代码中,A有显式构造函数:`A() { n++; }`;B没有显式定义构造函数,所以编译器会生成一个默认的构造函数,它会调用基类A的默认构造函数。 - 因此,当创建b时: - 调用A的构造函数:增加n(n变为1)。 - 调用B的默认构造函数(隐式生成)。 - 注意:B的构造函数不需要额外代码,因为它在代码中没有定义。 - `B* p = new C;`:这里new一个C对象,并赋给指向B的指针p。 - C继承自B,B继承自A。 - 创建C对象时,构造函数调用顺序是:基类先构造,然后派生类。 - 首先调用A的构造函数:增加n(n变为2)。 - 然后调用B的构造函数(默认,隐式)。 - 最后调用C的构造函数(在代码中也没有显式定义,所以编译器生成默认)。 - 因此,new C会调用A的构造函数(n++)、B的默认构造函数、C的默认构造函数。 - n从1变为2。 - 现在,对象的创建: - b是B对象:n=1(因为A的构造函数在b创建时被调用)。 - p指向C对象:n=2(因为A的构造函数在new C时被调用)。 - `h(b, p);`:调用函数h。 - h的参数:第一个参数是A& a,引用b;第二个参数是B* b,指向p。 - 在h内部: - `a.g()`:a是A&,实际指向b(B对象),所以调用B的g():输出"B::g()",返回2。 - `b->g()`:b是B*,实际指向C对象(因为p指向C),所以调用C的g():输出"C::g()",返回3。 - `A::n`:静态成员n,当前值是2(因为有两个对象创建:b和p指向的对象)。 - 所以计算:2 + 3 + 2 = 7,输出7。 - 输出: ``` B::g() C::g() 7 ``` - `delete p;`:删除p指向的对象。 - p是B*,但指向C对象,所以由于虚析构函数,会调用正确的析构函数。 - A有虚析构函数,B和C也有自己的析构函数。 - 析构顺序:派生类先析构,然后基类。 - 首先调用C的析构函数:`~C() { cout << "n = " << n << endl; }`,输出当前n(值为2),然后n无变化。 - 然后调用B的析构函数:`~B() { n--; }`,n--,n从2变为1。 - 最后调用A的析构函数:`virtual ~A() {}`,什么都不做。 - 所以输出:`n = 2`(来自~C)。 - main函数结束,局部对象b被销毁。 - b是B对象,析构顺序: - 调用B的析构函数:n--,n从1变为0。 - 调用A的析构函数:无操作。 - 没有输出,因为B的析构函数没有输出语句。 总结构造函数调用时机: - 在声明对象时调用:例如`B b;`调用A的构造函数和B的默认构造函数。 - 在new对象时调用:例如`new C`调用A的构造函数、B的默认构造函数、C的默认构造函数。 具体到代码: 1. `B b;`:调用A::A() 和 B::B()默认(隐式)。 2. `new C`:调用A::A()、B::B()默认(隐式)、C::C()默认(隐式)。 没有其他构造函数调用,因为没有其他对象的创建。 现在,关于用户的其他引用: - [^1] 讨论构造函数在对象创建时的调用,但在本代码中,没有显式的构造函数定义,除了A的。 - [^2] 是工厂模式,不直接影响。 - [^3] 是虚函数默认参数,与本问题无关。 - [^4] 是优化,不直接影响分析。 所以,我应该专注于分析代码。 生成相关问题: - 用户提到“生成相关问题”,所以需要添加相关问题部分。 - 相关问题应该基于当前主题:C++构造函数调用时机。 可能的提问: 1. 派生类对象创建时构造函数调用的顺序是什么? 2. 静态成员初始化在什么时候发生? 3. 虚析构函数的作用是什么? 4. 代码中n的值如何变化? 5. 如果没有虚析构函数,delete p会有什么不同? 确保回答结构清晰: - 先逐步分析代码执行。 - 明确构造函数调用的时机。 - 然后添加相关问题。 输出格式: - 使用中文回答。 - 行内数学表达式用$...$,但本问题没有数学表达式。 - 独立公式用$$...$$,也不需要。 - 引用的段落添加引用标识,但用户提供的引用不直接相关,所以可能不需要添加引用标识。 - 代码块用```cpp```。 最终响应结构: 1. 分析构造函数调用时机。 2. 代码执行流程。 3. 相关问题。 </think>### C++代码中构造函数调用时机分析 以下是针对用户提供的C++代码的构造函数调用时机分析。代码涉及继承、虚函数和静态成员,我将逐步解释构造函数调用顺序和时机。关键点在于构造函数在对象创建时自动调用(包括局部对象定义和`new`操作),且派生类构造函数会先调用基类构造函数(顺序:基类→派生类)。以下是完整分析过程: #### 代码执行流程及构造函数调用 1. **全局静态成员初始化(非构造函数调用)**: - 程序启动时,执行`int A::n = 0;`,初始化静态变量`n`为0。这不涉及构造函数。 2. **`main`函数中的对象创建**: - **`B b;`(局部对象定义)**: - 调用构造函数: - 首先隐式调用基类`A`的构造函数`A()`(因为`B`继承自`A`): - `A::A()`执行`n++`,此时`n`从0变为1。 - 然后隐式调用`B`的默认构造函数(代码中未显式定义,编译器自动生成空实现)。 - **调用时机**:对象`b`在声明时直接调用构造函数。执行后,`n=1`。 - **`B* p = new C;`(动态对象创建)**: - 调用构造函数(`C`继承自`B`,`B`继承自`A`): - 首先调用基类`A`的构造函数`A()`: - `A::A()`执行`n++`,`n`从1变为2。 - 然后调用直接基类`B`的默认构造函数(隐式生成)。 - 最后调用`C`的默认构造函数(隐式生成)。 - **调用时机**:`new`运算符触发堆内存分配和构造函数调用。执行后,`n=2`(因为新增了`C`对象)。 3. **函数调用和析构**: - **`h(b, p);`**: - 仅涉及虚函数调用,无构造函数调用。 - 输出:`B::g()`(来自`b`对象)、`C::g()`(来自`p`指向的`C`对象),以及计算结果`2 + 3 + 2 = 7`(`A::n=2`)。 - **`delete p;`**: - 触发析构函数调用(非构造函数),但影响`n`的值: - 调用顺序:`~C()`(输出`n = 2`)→ `~B()`(`n--`,`n`变为1)→ `~A()`(空)。 - 无构造函数调用。 - **`main`函数结束(局部对象`b`销毁)**: - 调用`b`的析构函数:`~B()`(`n--`,`n`变为0)→ `~A()`。 - 无构造函数调用。 #### 构造函数调用总结 - **调用时机**: - 局部对象定义时(如`B b;`):立即调用构造函数。 - 动态对象创建时(如`new C`):在内存分配后立即调用构造函数。 - **顺序**: - 基类构造函数优先调用(从最顶层基类开始)。 - 派生类构造函数调用。 - **本例中调用次数**: - `A::A()`被调用2次(对应`b`和`C`对象的创建)。 - `B`和`C`的默认构造函数各被调用1次(隐式生成)。 - **关键规则**: - 构造函数在对象生命周期开始时自动调用,用于初始化成员变量。 - 派生类构造函数必须调用基类构造函数(显式或隐式)[^1]。 #### 相关问题 1. 如果类`B`显式定义了构造函数,如何确保基类构造函数被正确调用? 2. 在C++中,静态成员变量为什么需要在类外初始化? 3. 虚析构函数在继承中的作用是什么?如果不声明虚析构函数,`delete p`会有什么后果? 4. 如何通过初始化列表优化构造函数的性能? 5. 在多继承场景下,构造函数调用顺序如何确定?
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