17、对象的构造和析构-优快云博客

全局对象（Global Object）

如果我们有以下的程序片段：

Matrix identity;
int main()
{
	//identity 必须在此处被初始化
	Matrix m1 = identity;
	...
	return 0;
}

C++保证，一定会在main函数中第一次用到identity之前，把identity构造出来，而在main()函数结束之前把identity摧毁掉。像identity这样所谓global object如果有constructor和destructor的话，我们说它需要静态的初始化操作和内存释放操作。

C++程序中所有的global objects都被放置在程序的data segment中。如果显示指定给它一个值，此object将以该值为初值。否则object所分配到的内存内容为0。因此在下面这段代码中：

int v1 = 1024;

int v2;

v1和v2都被配置于程序的data segment，v1值为1024，v2值为0（这和C略有不同，C并不自动设定初值）。在C语言中一个global object只能够被一个常量表达式（可在编译时期求值的那种）设定值。当然，constructor并不是常量表达式。虽然class object在编译时期可以被放置于data segment中并且内容为0，但是constructor一直要到程序启动（startup）时才会实施。必须对一个“放置于program data segment中的object的初始化表达式”做评估（evaluate），这正是为什么一个object需要静态初始化的原因。

当cfront还是唯一的C++编译器，而且跨平台移植性比效率的考虑更重要的时候，有一个可移植但成本颇高的静态初始化（以及内存释放）方法，我把它称作munch。下面是munch策略：

1）为每一个需要静态初始化的文件产生一个_sti()函数，内含必要的constructor调用操作。例如前面所说的identify对象在matrix.c中产生出下面的_sti()函数（译注：我想sti就是static initialization的缩写）：

__sti__matrix_c__identity(){
	//C++ 伪代码
	identity.Matrix::Matrix();//译注：这就是static initialization
}

其中matrix_c是文件名编码，_identity表示文件中所定义的第一个static object。在__sti之后附加上这两个名称，可以为可执行文件提供一个独一无二的标志符号。

2）类似情况，在每一个需要静态的内存释放操作（static dealllocation）的文件中，产生一个__std()函数（译注：我想std就是static deallocation的缩写），内含必要的destructor调用操作，或是其inline expansions。在我们的例子中会有一个__std()函数被产生出来，针对identify对象调用Matrix destructor。

3）提供一组runtime library “munch”函数：一个_main()函数（用以调用可执行文件中的所有__sti()函数），以及一个exit()函数（以类似的方式调用所有的__std()函数）。

局部静态对象（Local Static Object）

假设我们有以下程序片段：

const Matrix&
identity()
{
	static Matrix mat_identify;
	//...
	return mat_identify;
}

Local static class object保证了什么样的语义？

mat_identify的constructor必须只能实施一次，虽然上述函数可能会被调用多次。
mat_identify的destructor必须只能实行一次，虽然上述函数可能会被调用多次。

编译器的策略之一就是，无条件地在程序起始（startup）时构造出对象来。然而这会导致所有的local static objects都在程序起始时初始化，即使它们所在的那个函数从不曾被调用过。因此，只在identify()被调用时才把mat_identify构造起来，是比较好的做法。我们应该怎么做呢？

首先，导入一个临时性对象以保护mat_identity的初始化操作。第一次处理identity()时候，这个临时对象被评估成false，于是constructor会被调用，然后临时对象被改成true。这样解决了构造的问题。相反的另一端，destructor也需要施加到mat_identity身上，但只有在mat_identity已经构造出来才算数。如果那个临时对象是true，就表示构造好了。下面是cfront的输出。

//被产生出来的临时对象，作为戒护作用
static struct Matrix *__0__F3 = 0;

//C++的reference在C中是以pointer来代替的
//identity() 的名称被mangled

struct Matrix*
identity__Fv()
{
	static struct Matrix __lmat_identity;
	
	//如果临时性的对象已被设立，那就什么也别做。否则
	//(a)调用constructor:__ct__6MatrixFv;
	//(b)设定保护对象，使它指向目标对象
	__0__F3
		?0
		:(__ct__6MatrixFv( &__lmat_identity),
		(__0__f3 = (&__lmat_identity)));
}

最后，destructor必须在“与text program file有关联的静态内存释放函数（static deallocation function）”中被无条件的调用：

char __std__stat_0_c_j()
{
	__0__F3
		? __dt__6MatrixFv(__0__F3, 2)
		:0;
	...
}

对象数组

假设我们有以下的数组定义：

Point knots[10];

什么东西需要完成？如果Point既没有定义constructor也没有定义一个destructor，那么我们的工作不会比建立一个“build-in类型所组成的数组”更多，也就是说我们只要配置足够内存以存储10个连续的Point元素即可。

然而Point的确定义了一个default destructor，所以这个destructor必须轮流实行于每个元素之上。一般而言这是经由一个或者多个runtime library函数达成的。在cfront中，我们使用一个被命名程vec_new()的函数，产生出以class objects构造而成的数组。比较新的编译器，包括Microsoft和Sun，则提供两个函数，一个用来处理“没有virtual base class”的class，另外一个用来处理“virtual base class”的class，后一个函数通常被称为vec_vnew()。函数原型如下：

void *
vec_new(
	void *array,                 //数组起始地址
	size_t elem_size,            //每个class object的大小
	int elem_count,              //数组中的元素个数
	void (*constructor)(void *),
	void (*destructor)(void *),
)

其中的constructor和destructor参数是这一class之default constructor和default destructor的函数指针。参数array持有的若不是具名数组（本例为knots）的地址，就是0。如果是0，那么数组将由应用程序的new运算符，被动态配置于heap中。Sun把“由class objects所组成的具名数组”和“动态配置而来的数组”的处理操作分成两个library函数：_vector_new2和_vector_con，他们各自拥有一个virtual base class函数实现。

在vec_new()中，constructor实行于elem_count个元素之上。对于支持exception handling的编译器而言，destructor的提供是必要的。下面是编译器可能针对我们10个Point元素所做的vec_new()调用操作：

Point knots[10];

vec_new( &knots, sizeof(Point), 10, &Point::Point, 0);

如果程序员提供一个或多个明显初值给一个由class objetcs组成的数组，像下面这样，会如何：

Point knots[10] = {
	Point(),
	Point(1.0,1.0,0.5),
	-1.0
};

对于那些明显获得初值的元素，vec_new()不在必要。上面的定义可能转换为下面的代码。

Point knots[10];

//C++伪代码

//显示初始化前3个元素
Point::Point(&knots[0]);
Point::Point(&knots[1],1.0,1.0,0.5);
Point::Point(&knots[2],-1.0,0,0);

//以vec_new初始化后7个元素
vec_new(&knots[0]+3, sizeof(Point), 7, &Point::Point, 0);