说说C++的几个默认函数

前言

这两天继续进阶C++的另一个模块：C++的几个默认函数。 我们知道，在构造一个类时，如果我们啥都不写，编译器会帮我们默认合成几个函数（准确点说，只有在某些情况下会帮我们合成，后文会说）。按照C11的标准，这些默认函数包括：
（1）、构造函数
（2）、移动构造函数
（3）、移动赋值操作符
（4）、复制构造函数
（5）、赋值操作符
（6）、析构函数

这里，我想谈谈其中的几个（1,4,5,6）, 简单分析这些函数内部都做了啥。 我把它称为四大函数。 如下图所示。

一、关于默认构造函数和拷贝构造函数

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这两个函数放在一起，因为它们都是构造函数。
 

1.1 构造函数的由来

什么是构造函数呢？ 为什么发明C++的前辈们要好端端的给类搞一个构造函数这个东东呢？

按照我的理解，按照类模板生成一个对象主要有两大步骤，第一是找到一片能容下这个对象的内存空间； 第二是在这片内存空间中初始化，也就是在使用这篇空间之前填充一些默认值。 而构造函数的作用最主要的就是填充这篇内存空间,学术名叫做初始化对象。

 
有没有从C来的小伙伴起来较真，说我不初始化也可以，生成之后，我手动赋值不行吗？ 我set、 set 、 set 不香吗？

不得不说，ok，可以。但是不好。

你牛逼，你都知道每次生成一个对象一定会初始化相关其内存空间。但是我们普通的大众，可能就会不小心忘了，而正是这个“小心” 可能会带来巨大的问题。 知道为啥提倡定义变量后尽量给其赋个初值，说的是同样的理。

为了处理这个问题，C++的先辈们发明了这个机制，在生成一个对象的时候，默认会调用这个构造函数，你可以在这个构造函数中初始化具体得数据成员。这样不用每次生成对应都手动set、set、set了。 当然一个好的习惯是这样，如果你非要犟，非不在构造函数里初始化数据成员，那以后因为此出现大bug的时候，可不要怪C++的前辈们。(* ^ ▽ ^ *)

这里顺便说点题外话，在我现在理解，语言的发展一方面进行抽象，屏蔽掉该屏蔽的东西（如底层实现细节），让程序员关注该关注的东西，方便程序员，以此来提高软件开发的效率。 另一个方面，它会从语言的层面提供一些机制，帮助程序员尽量减少 bug出现的频率（如上面对象的初始化），以这种方式来提供软件开发的效率。

 

1.2 何时编译器会帮我们合成这些默认的构造函数？

下面来谈谈什么时候编译器会帮我们合成这些默认的构造函数，是否如果我们没有自定义默认构造函数，编译器就会默认自动为我们产生一个默认的呢？

  好像有点疑惑，有的书上说，如果用户没有自定义的默认构造函数，编译器就会帮我们合成一个？；而有的地方，如《深度探索C++对象模型》中又说，如果不是必要的，编译器不会帮我们生成默认的构造函数（即使我们用户自己没生成的情况下）； 这是不是冲突了呢？
 
我目前是这样理解的，如果我们用户自己定义了默认构造函数，ok,那没问题，编译器会无条件相信用户，不会再“自作主张”替用户主动生成一个构造函数。

如果用户没有在类中自定义构造函数，那么编译器只会在其认为需要的时候，合成默认的构造函数（此时合成的默认构造函数也叫做non-trivial构造函数），其他的情况下，编译器不会帮用户合成默认的构造函数，或者说也会合成，但是合成的是trivial 构造函数，这里面什么都不做，是空的。（某些资料上把这种类叫做平凡类【2】,或者说符合bitwise的类） （所以说上面的说法都正确，关键看你怎么理解）

 
ok，那这又引出来一个问题，上面说编译器认为其“必要的”时候，是什么时候呢？ 主要有以下四种

1. 如果一个类里面某个成员对象有nontrivial default constructor,编译器就会为我们的类产生nontrivial default constructor。
2. 如果一个派生类的基类有nontrivial default constructor,那么编译器会为派生类合成一个nontrivial default constructor。
3. 如何一个类里面隐式的含有任何virtual function table(或vtbl)、pointer member(或vptr)。
4. 如果一个类虚继承于其它类。

以上也叫做不符合bitwise的情况。
关于上面4中情况的解释，具体可以参照【4】，这里就不赘述了。

 

1.3 构造函数做哪些事？

对于普通的程序员来说，构造函数的作用当然是初始化类内的成员。 对于那些隐藏在构造函数之后的，或者说编译器帮我们做的，我们也需要了解了解。一般来说，在构造函数中（无论是默认构造函数和用户自定义的构造函数） 编译器为了实现C++的多种特性，会在构造函数中“增添”一些代码，这些代码是屏蔽普通的程序员的。 作为了解，这里就不以具体的例子进行说明了，笼统的说明一波。

编译器可能会在构造函数中做哪些事呢？

（1）、调用类内对象的默认构造函数（如果类内的对象有默认的构造函数的话）
（2）、调用继承的父类的默认构造函数（如果类内的父类有默认的构造函数的话）
（3）、设定虚表指针vptr（如果类中有虚函数的话）
（4）、调整this指针（如果base class 是多重继承下的第二或后继的base class的话）
（5）、…

note:注意上面所说的情况只是很可能，具体编译器是不是需要进行扩充，还需要根据具体的情况而定。

 

1.4 关于拷贝构造函数的一丢丢说明

上面说的情况大都是以默认的普通构造函数为例，实际上很多东西拷贝构造函数也差不多。重复的东西，这里就不多说了。 这里简要再说说关于拷贝构造函数的一点：

 

二、关于复制操作符

问你个问题，下面两部分有什么区别？

 
 
好的，我懂，我懂，你明白，你明白。
但还是稍微提一下。

前者是初始化，内部调用的是拷贝构造函数，其只能在生成对象的时候初始化一次； 后者是赋值，调用的是内部的赋值操作符（operator =）,只要你喜欢，可以无限次玩耍。

但是两者还是有联系的，从某种程度上来说，它们都是填充一片内存区域，它们都会有深拷贝和浅拷贝的问题，它们也会有上面提到的编译器在内部悄悄做的一些事情，即如果类不符合bitwise copy的语义，编译器会自动完成的一些工作。

 

三、关于析构函数

  析构函数是和构造函数相反的一组操作，前者用于初始化对象环境，后者用于清除对象环境。 就像前文所说的，它们都是C++的设计者为了减少程序员出错的所提供的一种机制。

和构造函数类似，这里也想讨论两件事情：
（1）、何时编译器会帮我们自动生成一个默认的析构函数？
（2）、析构函数里一般做了啥？
 

3.1 何时编译器会帮我们自动生成一个默认的析构函数？

当然，如果用户自定义了析构函数，编译器就会无条件的信任我们，不会在为我们合成析构函数。（但是，可能会扩充析构函数）。

如果在类的内部没有定义析构函数， 和前面构造函数略有不同，只有在类内涵的对象（或者类的基类）拥有析构函数的情况下，编译器才会自动合成一个来【5】。 否则的话，即使类的内部含有虚函数或者是存在虚继承的情况下，也不会合成默认的析构函数（或者也可以说合成了一个空的析构函数）。

按照【5】中说法，析构往往说明了对象的内存空间需要被回收了，因为在这种情况下不需要重新把类内的成员重置为某个值，也就不用大动干戈的调整vptr或者this指针了。（当然这都是在类内涵的对象（或者类的基类）都没有拥有析构函数的情况下）

按照我的理解，析构函数的最大作用就是清除环境。（这里的清除环境更多的是一些文件的关闭、连接的关闭等等，而不是类对象内存的重置。） 所以在这种情况下，一般需要用户自定义析构函数，编译器在这部分的作用就是负责调用用户自定义的析构函数（包括基类或者类内对象的析构函数）。
 

3.2 析构函数的内容

析构函数一般有如下内容：

（1）、析构函数的本题说先被执行
（2）、如果类拥有成员对象，而成员对象含有析构函数，那么它们会以其声明的顺序的相反顺序被调用
（3）、如果类内涵一个vptr, 那就会重新设定其值，指向适当的base class 的虚表
（4）、如果有任何直接的（上一层）nonvitual base classes 拥有析构函数，它们会以其声明的顺序的相反顺序被调用
（5）、如果有任何virtual base classes 拥有析构函数，而目前讨论的这个class是最尾端（most-derived）的class, 那么它们会以其原来的构造顺序相反的顺序被调用。

 

总结

enen… 该说的都在上面说了，这里也没啥好说的了。 ^ _ ^ ’

参考

【1】、C++默认构造函数——深入理解
【2】、C++对象模型（五）构造与析构
【3】、c++的 trivial constructor
【4】、关于默认构造函数的几个错误认识（四种情况下，编译器会生成默认构造函数）
【5】、《深入理解C++对象模型》