深度探索C++对象模型（5）

上一篇我们对合成确省的构造函数做了一个了解,这一篇我们继续看看构造函数这个有趣的东西.
Copy Constructor是什么?我们经常看到代码中有一些这样的函数调用方式X(X&) (“X of X ref”). 这个函数用用户自定义类型作为参数,那它的参数的构造便是由Copy Constructor负责的. 可见这个玩意非常重要,实际上Copy Constructor是由编译器自动合成的,不需要你去作任何事情,但编译器都做了些什么呢?我们的问题出来了.

我们有三种情况需要用一个对象的内容作为另一个类对象的初值.也就是需要编译器来为我们自动合成Copy Constructor.一种是我们在编程中肯定回用到的由类生成对象例如以下形式:
class ClassA{......}
ClassA a;
ClassA b=a; //一个Class对象以另一个对象做初值
另外的一种情况是以对象为参数在函数中传递看下面的伪码:
//例如我们有一个CUser类
CUser{
CUser();
......
};
//我们还有一个CDatabase类,它有一个AddNew的方法
CDatabase{
......
public:
AddNew(CUser userone);
......}
//我们用CUser类产生了一个对象实例.userone,并将他作为AddNew函数的参数,以便
//AddNew函数能够完成在数据库中增加一条记录,用来记录一个用户的信息
CDatabase db=new CDatabase();
db.AddNew(CUser userone) //在这里,你不用将你的用户类的成员全部展开.
还有一种当然是用做函数的return,例如你可以在CDatabase类中添加一个函数用来读取一个用户的信息例如这样CUser GetUserOne(int userID),通过一个用户的唯一的编号可以获得一个用户的信息,并返回一个CUser类的对象.

我们来看看Copy Constructor是如何工作的.首先Copy Constructor和Default Constructor一样都是在需要的时候由编译器产生出来,一个类如果没有声明一个Copy Constructor就会存在一个隐含的声明(或定义).它也被分为trivial和nontrivial两种.

我们来看书上的例子:
Class Word
{
public:
Word(const char*);
~Word(){delete [] str;}
private:
int cnt;
Char *str;
}
这个类的声明不需要合成出Default Copy Constructor.但当进行如下应用时:
#include "Word.h"
Word noun("lsmodel");
void foo()
{
Word verb=noun;
}
结果将会出现灾难性的后果.为什么?因为我们的逻辑对象verb和全局对象noun都指向了相同的字符串,在退出函数foo()之前verb会执行析构,则字符串被删除,从此全局对象nonu指向了一堆无意义的东西.你可以声明一个explicit copy constructor来解决这个问题,当然还可以让编译器来自动的给你合成一个Copy construct.
我们将上面的Word类改写成下面的样子:
Class Word
{
public:
Word(const String&);//注意这里和我们开始的X(X&)形式一样
~Word();
//......
private:
int cnt;
String str; // 这个成员是String类的对象,String是我们自定义的类型
};
Class String
{
public:
String(const char*);
String(const String&);//这里声明了一个Copy constructir
~String();
//......
}
这时在执行我们的代码
#include "Word.h"
Word noun("lsmodel");
void foo()
{
Word verb=noun;
}
编译器会为我们的Word类合成一个Copy Constructor,用来调用它的str(member class String object)的Copy Constructor.象下面伪码表示的这样:
inline Word::Word(const Word &wd)
{
str.String::String(wd.str);
cnt=wd.cnt;
}
当这个类中有一个或多个虚函数时,或者这个类是派生于一个继承串链,并且这个串中有一个或多个虚拟的基类时.这个类在进行拷贝时便不会展现逐次拷贝(bitwise copy).并且会通过合成的Copy Constructor来重新明确的设定vptr来指向虚函数表,而不是将右边对象的vprt直接拷贝过来.书上的ZooAnimal例子的图可以很清晰的描述出这点.

如果一个对象以另一个对象做初值,而后者有一个Virtual Base Class Subobject,那会怎样呢?任何一个编译器都会做到在派生类对象中的virtual base class Subobject的位置在执行期就准备妥当,但bitwise copy可能会破坏这一位置,因此也需要由编译器合成出一个copy constructor,来安插一些代码来设定virtual base class pointer/offset,对每一个成员执行必要的memberwise初始化操作,以及执行内存相关的工作.

最后我们来总结一下上面说的内容,确实有些乱.雷神越来越觉得自己的缺乏文字描述能力.
我们这篇学习的内容是:当一个对象以另一个对象作为初始值时,会发生什么事情.
分成了两种情况,一种是我们声明了explicit copy constructor,这个不是这篇文章需要搞明白的(我想大家也都很明白了).我们想知道的是我们没有为class声明explicit copy constructor函数时编译器都干了些什么.编译器会为我们合成一个copy constructor.以便适应任何时候的对象被正确的初始化.并且我们了解了有以下四种情况class不在按位逐一进行拷贝.
1.当你设计的类声明了一个explicit copy constructor函数时.
2.当你设计的类是由一个具有explicit copy constructor的基类派生的时.
3.当你设计的类声明了一个或多个虚函数时.
4.当你设计的类派生自一个继承串链,这个继承串链中有一个或多个virtual base classes时.

深度探索C++对象模型（6）

例子:
class X{};
class Y:public virtual class X{};
class Z:public virtual class X{};
class A:public Y,public Z{};
下面的结果会因为机器,以及编译有关,不同的情况会产生不同的结果.(怎么会是这样?)
sizeof X; //结果为1
sizeof Y; //结果为8
sizeof Z; //结果为8
sizeof A; //结果为12
一个没有任何成员的类,大小居然不是0.
为什么?
首先一个没有明显的含有成员的类,它的大小不是0,因为实际上它不是空的,它被编译器安插了一个char,为的是使这个类的两个对象能够在内存中被分配独一无二的地址.至于两个派生的类Y和Z,因为语言本身造成的负担,还有编译器对于特殊情况进行的优化处理,再有Alignment的限制,因此结果变成了8.这个8是怎么组成的?
4个bytes用来存放指针,什么指针?指向virtual base class subobject的指针呀.
一个同class X一样的char.它占了1 个bytes.
然后受到Alignment的限制,所以填补了3个bytes.
4+1+3=8
不过需要注意的是不同的编译器Y和Z大小的结果也会不同.因为新的编译器会将一个空的virtual base class看做是派生类对象的开头部分,因此派生类有了member,因此也就不必分配char的那一个bytes.也就用不到填补的3个bytes,因此有可能在某些编译器中,class Y和class Z的大小为4.
最后看看A.根据我们对class Y的分析可以得出以下算式:
4+4+1+3=12;
不是我们想象的16,而是12.如果换成我们上面说的新的编译器来编译,结果很有可能是8.
雷神1、4、8……的说了一堆，也不知大家明白与否，但是这第三章，读起来确实比前两章顺多了。我们继续
我们来看Data Member 的Binding,现在我们对数据成员的绑定只需要记住一个防御性风格：始终把嵌套类型的声明放在class的开始部分，这样做可以确保非直觉绑定的正确性。看下面的一个例子：

typedef int length; //zai
class point3d
{
public:
//length被决议成global typedef 也就是int
//_val被决议成Point3d::_val
void mumble(length val){_val=val;}
length mumble(){return _val;}
//……
private:
//length必须在这个class对它的第一个参考操作之前被看见
//这样声明将使先前的参考操作不合法
typedef float length;
length _val;
//……
};
怎么成了抄书了，雷神也不知不觉，可能是在这章的理解上比较容易些吧，不用去想个看的见摸的着的东西比划。好象小朋友学算术，一位数的计算不用掰手指头，可是两位数或者三位数的计算，手指头加上脚指头还是不够。学习就是这么回事。理解力和抽象能力很重要。回来继续学习。
通过这一章我还知道了。数据成员的布局。数据成员的存取。并且对Static data members有了进一步的了解，在class的生命周期中，静态成员被看作是全局变量，每一个member的存取不会导致任何空间或效率上的额外负担。不论是从一个复杂的继承关系中继承还是直接声明的，Static data member都只会有一个实体。并且有着非常直接的存取路径。另外如果两个类都声明了一个相同名字的静态成员变量，那么编译器会通过一种算法，为我们解决名字冲突的问题。而非静态的成员变量的存去实际上是通过implicit class object（this指针）来完成的。例如
Point3d
Point3d::translate(const Point3d &pt)
{
x+=pt.x;
y+=pt.y;
z+=pt.z;
}
被编译器经过内部转换成为了下面这个样子：
Point3d
Point3d::translate(Point3d *const this,const Point3d &pt)
{
this->x+=pt.x;
this->y+=pt.y;
this->z+=pt.z;
}
如果要对一个非静态的成员变量进行存取，编译器会把类对象的起始地址加上数据成员的偏移量。例如：
Point3d origin;
origin._y=0.0;
//地址&origin._y将等于
&origin+(&Point3d::_y-1);
目的是使编译系统能够区分出以下两种情况：
一个指向数据成员的指针，用来指出类的第一个成员。
一个指向数据成员的指针，没有指出任何成员。
这是什么意思？什么是指向数据成员的指针。书上的例子：
class Point3d
{
public:
virtual ~Point3d();
//……
protected:
static Point3d origin;//静态的数据成员，位置在class object之外
float x,y,z;//每个float是4bytes
}
&Point3d::z; //这个值是什么？
我们在这篇文章开始的时候已经知道了还有一个vptr，不过vptr的位置也许在对象的开始，也许在对象的结尾部。所以上面的操作的值应该是8或者12（如果vptr在前面的话）。但实际上取会的值被加上了1。原因是必须要区别一个不指向任何成员的指针，和一个指向第一个成员的指针。又有点不好理解了，举个例子：
想象你和你的另外两个朋友合住一个三室一厅的房子，你住在第一间。如果你给一个你们三个人共同的朋友的地址你可以给房号就行了。不用给出你们的任意一个人的那间房子号（不指向任何成员）。但如果你给你的一个私人朋友地址，你会给出房间号和你的那个房间号。为了使这个地址有区别，你必须有一个厅来作为偏移量（offset）。不知道大家明白这个例子吗，也许这个例子会影响你的正确思维。那就太糟糕了。不过我还是喜欢这样想问题，也许不太准确，但可以帮助我，因为想象一个内存空间比想象一个三居室要难好几点儿。