深入探索C++对象模型笔记之四 —— 构造函数语意学 （Copy Constructor的建构操作）

 

有三种情况，会以一个object的内容作为另一个class object的初值。

 

1.当对一个object做明确的初始化操作时

 

2.当object被当做参数交给某个函数时

 

3.当函数传回一个class object时

 

以上三种情况都会导致copy constructor的调用。

 

 

Default Memberwise Initialization

 

如果class没有提供一个explicit copy constructor，编译器会怎么做呢？

 

当class object以“相同的class的另一个object”作为初值时，其内部是以所谓的default memberwise initialization手法完成的，也就是把每一个内建的或派生的data member的值，从某个object拷贝一份到另一个object身上，不过它并不会拷贝其中的member class object，而是以递归的方式（也就是继续调用member class object的copy constructor函数）施行memberwise initialization。

 

这样的操作实际上如何完成？ARM告诉我们：

 

“从概念上而言，对于一个class X，这个操作是被一个copy constructor实现出来...”

 

其中主要的字眼是“概念上”，这个注释又紧跟着一些解释：

 

“一个良好的编译器可以为大部分class objects 产生bitwise copies，因为它们有bitwise copy semantics...”

 

也就是说，“如果一个class未定义出copy constructor，编译器自动为它产生出一个”这句话不对，而是应该像ARM所说：

 

“Default constructor和copy constructor在必要的时候才由编译器产生出来.”

这个句子中的“必要”意指当class不展现bitwise copy semantics时。

C++ Standard 说：

“一个class object可以从两种方式复制得到，一种是被初始化，一种是被指定（assignment），从概念上讲，这两个操作分别是以copy constructor和copy assignment operator 完成的。”

Bitwise Copy Semantics（位逐次拷贝）

#include "Word.h"

Word noun("book");

void foo()

{

    Word verb = noun;

    ...

}

很明显verb是根据noun来初始化。但是在尚未看过class Word的声明之前，我们不可能预测这个初始化操作的程序行为。如果class Word的设计者定义了一个copy constructor，verb的初始化操作会调用它。如果该class没有定义explicit copy constructor，那么是否会有一个编译器合成的实体被调用呢 ？这就得视该class是否展现“bitwise copy semantics”而定。

例如：

class Word

{

    public:

        Word(const char*);

        ~Word(delete [] str);

    private:

        int cnt;

        char* str;

}

这种情况下并不需要合成出一个default copy constructor，因为上述声明展现了“default copy semantics”，而verb的初始化操作也不需要以一个函数调用收场。（但是这里会有明显的浅拷贝错误）然而，如果class Word是这样声明：

class Word

{

    public:

        Word(const String&);

        ~Word();

    private:

        int cnt;

        String str;

};

其中String声明了一个explicit copy constructor：

class String

{

   public:

        String(const char*);

        String(const String&);

        ~String();

};

在这个情况下，编译器必须合成出一个copy constructor以便调用member class String object 的copy constructor：

inline Word::Word(const Word& wd)

{

    str.String::String(wd.str);

    cnt = wd.cnt;

}

有一点很值得注意：在这被合成出来的copy constructor中，如整数、指针、数组等等的nonclass members也都会被复制。

四种情况下一个class不展现出“bitwise copy semantics”：

1.当class内含一个member object而后者的class声明有一个copy constructor时。（不论是明确声明还是由编译器合成而来）

2.当class继承自一个base class而后者存在一个copy constructor时。（不论是明确 声明还是由编译器合成而来）

3.当class声明了一个或多个virtual function时。

4.当class派生自一个继承串链，其中有一个或多个virtual base classes 时。

下面说明第三条和第四条。

第三条：如果class声明了一个或多个virtual function时，编译器会将一个指向virtual function table的指针（vptr）安插在每一个class object内。很显然，如果编译器对于每一个新产生的class object的vptr不能成功而正确地设好其初值，将导致可怕的后果。因此，当编译器导入一个vptr到class之中时，该class就不再展现bitwise semantics了。现在，编译器需要合成出一个copy constructor，以求将vptr适当地初始化。

第四条：virtual base class的存在需要特别处理，一个class object如果以另一个object作为初值，而后者有一个virtual base class subobject，那么也会使“bitwise copy semantics”失效。