[C++對象模型]復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的建構(gòu)操作

關(guān)于復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的簡單介紹，可以看我以前寫過的一篇文章Ｃ＋＋復(fù)制控制之復(fù)制構(gòu)造函數(shù)該文章中介紹了復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的定義、調(diào)用時(shí)機(jī)、也對編譯器合成的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)行為做了簡單說明。本文因需要會(huì)涉及到上文的一些知識(shí)點(diǎn)，但還是推薦先閱讀上文。

本文主要從編譯器角度對復(fù)制構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行分析，糾正以前對復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的一些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

淺拷貝（deep copy）與深拷貝(shallow copy)

我們首先來看復(fù)制構(gòu)造函數(shù)涉及的兩個(gè)概念：淺拷貝與深拷貝。假設(shè)有兩個(gè)對象：A與B，它們是同類型的，下面分析B=A時(shí)淺拷貝與深拷貝行為。

淺拷貝：

淺拷貝簡單地把B復(fù)制為A的引用或指針，可以認(rèn)為B復(fù)制了A的地址，復(fù)制的結(jié)果是B與A擁有相同的地址，它們將指向相同的內(nèi)存區(qū)域的相同的數(shù)據(jù)。在這種情況下，如果對象A被銷毀，那么對對象B的某些操作將是非法的。

深拷貝：

深拷貝時(shí)使用一個(gè)對象的內(nèi)容來創(chuàng)建同一個(gè)類的另一個(gè)實(shí)例，B復(fù)制了A的所有成員，并在內(nèi)存中不同于A的區(qū)域?yàn)锽分配了存儲(chǔ)空間，也即是說B擁有自己的資源。在這種方式下，如果A被銷毀時(shí)，B依舊有效，因?yàn)锳與B并沒有共享存儲(chǔ)空間，重載復(fù)制操作符時(shí)要采用這種深拷貝方式。

當(dāng)你明確知道你中程序中使用的是淺拷貝并且明白它帶來的后果時(shí)你才去使用淺拷貝。而當(dāng)你有大量的指針要處理時(shí)，對指針做淺拷貝是一個(gè)糟糕的做法。如果我們類的數(shù)據(jù)成員都是內(nèi)置類型而沒有指針，那么簡單的淺拷貝是可以接受的，反之如果類中有需要深層復(fù)制的內(nèi)容，則我們的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)必須以深拷貝的方式進(jìn)行對象的復(fù)制。

Memberwise copy 與 Bitwise copy

Memberwise copy:

逐個(gè)成員：我們把merberwise copy當(dāng)成deep copy來理解就行了，這種復(fù)制會(huì)根據(jù)每個(gè)成員的類型來進(jìn)行復(fù)制，對于指針類型會(huì)復(fù)制指針?biāo)傅闹?#xff08;重新分配存儲(chǔ)區(qū)域）。

Bitwise copy：

Bitwise copy 字面上的意思是逐位拷貝。舉個(gè)例子，對于兩個(gè)同類型的對象A與B，對象A在內(nèi)存中占據(jù)存儲(chǔ)區(qū)為0x0-0x9，執(zhí)行B=A時(shí)，使用Bitwise copy拷貝語義，那么將會(huì)拷貝0x0到0x9的數(shù)據(jù)到B的內(nèi)存地址，也就是說Bitwise是字節(jié)到字節(jié)的拷貝。這樣子理解起來，實(shí)際上Bitwise copy = shallow copy。

類的Bitwise copy 語意

《Effective C++》中說到：

如果你自己沒聲明，編譯器就會(huì)為它聲明一個(gè)copy構(gòu)造函數(shù)、一個(gè)copy assignment操作符和一個(gè)析構(gòu)函數(shù)。

實(shí)際上在《深度探索C++對象模型》中對編譯器的行為并不是這樣描述的。對于默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)與復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，都需要類滿足一定的條件時(shí)編譯器才會(huì)幫你合成。那么需要滿足些什么條件呢？這條件就是：類不展現(xiàn)bitwise copy 語意的時(shí)候。

類展現(xiàn)Bitwise copy語意

當(dāng)我們的類中只含有內(nèi)置類型或復(fù)合類型時(shí)，類展現(xiàn)了Bitwise copy 語意。這種情況下并不需要合成一個(gè)默認(rèn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，也即編譯器不會(huì)幫我們合成復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。如：

//以下聲明展現(xiàn)了bitwise copy 語意
class Word
{
public:
Word(chartemp){ str = temp; };
//...
int cnt;
char str;
};

這時(shí)候如果我們有兩個(gè)Word對象的賦值操作如下：

int main()
{
char * temp = "hello";
Word A(temp);
Word B(A);
cout << B.str;
system("pause");
return 0;
}

運(yùn)行程序，你會(huì)神奇地發(fā)現(xiàn)程序居然通得過編譯，而且B也得到了正確的賦值，就好像類中有了一個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)一樣。不是說編譯器在Bitwise copy語意下不會(huì)進(jìn)行復(fù)制構(gòu)造函數(shù)的合成嗎？

說實(shí)話這問題我也很疑惑，查看了許多資料，反復(fù)看了《深度探索C++對象模型》后，我最終這樣認(rèn)為：展現(xiàn)了Bitwise copy語意的類編譯器不會(huì)為它寫一個(gè)函數(shù)實(shí)體進(jìn)行成員的復(fù)制。展現(xiàn)Bitwise copy語意的類，類的數(shù)據(jù)成員按照Memberwise Initialization(注意不同于Memberwise copy)進(jìn)行初始化，具體是這樣的：當(dāng)類對象以同類型的另一個(gè)對象進(jìn)行初始化時(shí)，把每一個(gè)內(nèi)建的或派生的date member（例如一個(gè)指針或一數(shù)目組）的值，從一個(gè)對象拷貝到另一個(gè)對象，不過它并不會(huì)拷貝其中的member class object，而是以遞歸的方式施行以上的拷貝。實(shí)施這些步驟并不在函數(shù)實(shí)體內(nèi)。

類不展現(xiàn)Bitwise copy語意

當(dāng)類不展現(xiàn)出Bitwise copy語意且類設(shè)計(jì)者沒有為類定義一個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，這時(shí)編譯器就會(huì)為合成一個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)實(shí)體。那么在什么情況下一個(gè)類才會(huì)不展現(xiàn)出Bitwise copy 語意呢？

當(dāng)類內(nèi)含有一個(gè)member object 而后者的類聲明中有個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)時(shí)（無論這個(gè)構(gòu)造函數(shù)是設(shè)計(jì)者明確地聲明還是編譯器合成）。

當(dāng)類繼承于一個(gè)基類而后者有已給復(fù)制構(gòu)造函數(shù)時(shí)（同樣的，無論基類的構(gòu)造函數(shù)是設(shè)計(jì)者明確聲明的還是合成的）。

當(dāng)類聲明了一個(gè)或多個(gè)虛函數(shù)時(shí)。

當(dāng)類派生自一個(gè)繼承串鏈，其中有一個(gè)或多個(gè)虛基類時(shí)。

前兩種情況中，編譯器必須將“類成員或基類的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)調(diào)用操作”安插到新合成的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)中去，如果類設(shè)計(jì)者已經(jīng)明確聲明了一個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，則這些調(diào)用操作代碼將插入到已有的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)中去（在函數(shù)體的最前端插入）。

后兩種操作涉及到了虛表指針與虛基類指針的產(chǎn)生于初值設(shè)置。我們知道，當(dāng)一個(gè)類含有虛函數(shù)時(shí)（無論這虛函數(shù)是類本身定義還是繼承而來），在編譯期間會(huì)有以下兩個(gè)程序擴(kuò)張操作:

• 為類增加一個(gè)虛表（virtual function table），虛表內(nèi)含有每一個(gè)有作用的虛函數(shù)的地址。
• 為每一個(gè)類對象增加一個(gè)虛表指針（vptr)，虛表指針指向了該類的虛表。

顯然，如果編譯器對每個(gè)新定義的類對象不能正確地設(shè)置好初值，將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。所以編譯器需要合成出一個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)來適當(dāng)?shù)爻跏蓟悓ο蟮膙ptr。萬一類設(shè)計(jì)者明確定義了自己的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，則編譯器會(huì)把設(shè)置vptr的操作插入到已有的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)中。而vptr的復(fù)制又有兩種情況：

• 同類型對象間的vptr復(fù)制

同類類型的對象各自的vptr總是指向了同一個(gè)位置：該類的虛表指針。這時(shí)兩個(gè)對象的vptr的復(fù)制都可以直接考”bitwise copy“來完成（除了可能會(huì)有的其他指針成員）。所以同類型對象間的vptr復(fù)制總是安全的。

-把子類對象vptr復(fù)制給父類對象

不用擔(dān)心把子類對象復(fù)制給父類對象時(shí)，vptr也會(huì)采用bitwise copy來復(fù)制，這點(diǎn)編譯器給我們做了保證：編譯器合成的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)（或者說在明確聲明的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)中安插的代碼）會(huì)明確設(shè)定父類的vptr指向父類的虛函數(shù)表，而不是采用傻瓜式直接復(fù)制子類對象vptr。

而對于第4點(diǎn)涉及到虛基類的情況，可以看Ｃ++合成默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)的真相中有關(guān)虛基類的描述。虛基類的存在需要特殊處理，一個(gè)類對象如果以另一個(gè)對象作為初值，而后者派生于虛基類，那么這種情況下bitwise copy語意也會(huì)失效，編譯器會(huì)對派生自虛基類的類合成一個(gè)默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，在其中安插一些操作。對于虛繼承，編譯器有承偌：派生類對象中的虛基類位置在執(zhí)行期就要準(zhǔn)備妥當(dāng)，維護(hù)”位置的完整性“是編譯器的責(zé)任，而顯然的，Bitwise copy 語意會(huì)破壞這個(gè)位置（這種傻瓜式的復(fù)制好像只適用內(nèi)置類型的復(fù)制以及同類型對象間vptr的復(fù)制），所以編譯器必須在它自己合成出來的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)中做出仲裁。同樣的，如果類設(shè)計(jì)者明確聲明了復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，則這些沖裁代碼將安插在這個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)中。

總結(jié)

在類不滿足"Bitwise copy"語意時(shí)編譯器會(huì)采取行動(dòng)，如果類設(shè)計(jì)者沒有明確定義復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，則編譯器將行動(dòng)實(shí)施于合成構(gòu)造函數(shù)中，否則將這些行動(dòng)實(shí)施于已有的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)中。值得注意的是，編譯器除了對vptr與虛基類的處理能保證安全之外，對于內(nèi)置類型或復(fù)合類型如指針的復(fù)制都是采用淺拷貝，所以，當(dāng)我們的類中含有指針的時(shí)候，我們需要自己寫一個(gè)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)來對對象的指針進(jìn)行深拷貝，而vptr與虛基類的問題,就交給編譯器吧!

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/QG-whz/p/4716139.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的编译器角度看C++复制构造函数的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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