C++对象模型3——默认构造/拷贝构造函数

默认构造函数

在C++ Primer中有一句话:只有当类没有声明任何构造函数函数时,编译器才会自动地生成默认构造函数。但并不是只要没有声明构造函数,编译器就会自动生成默认构造函数。下面是一个简单的例子:

#include<iostream>
using namespace std;

class A{
public:
    int val;
};

int main(){
    A a;
    return 0;
}

可以在A类的对象这里加一个断点,然后调试,在VS2013中,调试->窗口->反汇编,就可以看到汇编代码。

int main(){
00007FF6F79C2520  push        rdi  
00007FF6F79C2522  sub         rsp,40h  
00007FF6F79C2526  mov         rdi,rsp  
00007FF6F79C2529  mov         ecx,10h  
00007FF6F79C252E  mov         eax,0CCCCCCCCh  
00007FF6F79C2533  rep stos    dword ptr [rdi]  
    A a;
    return 0;
00007FF6F79C2535  xor         eax,eax  
}

在汇编代码中,我们可以发现在在构造A类的对象的时候,并没有调用A类的构造方法,说明编译器并没有为我们生成默认的构造函数。这其实取决于编译器,不同的编译器可能会有不同的结果。但是,下面这4种情况是必须生成默认构造函数的。

  1. 包含一个对象类型的成员,而这个类有一个无参的构造函数。
    因为成员中有一个类对象需要调用默认的构造方法,而这个默认构造方法需要在这个类中的构造方法中调用。
  2. 父类有一个无参构造函数
    子类需要先调用父类的构造方法,所以编译器必须生成一个默认构造函数。
  3. 类中含有虚函数
    如果一个类中有虚函数,那个这个类需要构造一个虚函数表,还需要在类对象中创建一个虚函数指针,然后把虚函数表的地址赋值给虚函数指针。
  4. 类中有虚继承
    如果类中有虚继承,那么编译器会生成虚基类表,并且改变类对象的数据布局。

可以看出,以上的情况均属于,编译器需要执行分配内存和数据初始化以外的工作,就必须构造出默认构造函数,不然无法完成对象的构造。

默认拷贝构造函数

如果不是必要的情况下,编译器可能不会生成默认的拷贝构造函数,而是执行逐位拷贝。必要的情况和构造函数的情况几乎是一样的:

  1. 含有一个含有拷贝构造函数的类成员对象。
  2. 父类含有拷贝构造函数。
  3. 含有虚函数或继承了虚函数。
  4. 有虚继承。

值得注意的是,默认的构造函数的拷贝方式是浅拷贝,也就是说,对于指针类型,会直接拷贝指针,而不会另外分配内存并进行拷贝。如果不注意这一点,会导致下面的错误:

#include<iostream>
using namespace std;

class A{
public:
    char *s;
    A(){
        s = new char[100];
        strcpy_s(s, 100,"hello world");
    }

    ~A(){
        delete[]s;
    }
};

int main(){
    A *a1 = new A();
    A *a2 = new A(*a1);
    delete a1;
    delete a2;
    return 0;
}

delete a2会出问题,原因在于,delete a1的时候,已经释放了内存,导致了一块内存释放了两次,发生错误。

编译器对程序的转化

编译器会对程序进行转化,使其更容易转化为汇编代码,或使其效率更高。有时候,我们需要知道编译器的做法,对于有的情况才好理解。请看下面的代码:

#include<iostream>
using namespace std;

class A{
public:
    int val;
    A(){
        cout << "A::A()" << endl;
    }

    A(const A& a){
        this->val = a.val;
        cout << "A(const A& a)" << endl;
    }

    ~A(){
        cout << "A::~A()" << endl;
    }

    
};

A getA(){
    A a;
    a.val = 1;
    return a;
}

void getA(A& a){
    A temp;
    temp.val = 2;
    //...
    a.A::A(temp);
}

A getA1(){
    return A();
}

int main(){
    A a1 =getA();
    cout << "----------------" << endl;
    A a2;
    getA(a2);
    cout << "a1.val = " << a1.val << " a2.val = " << a2.val << endl;
    A a3 = getA1();
    return 0;
}

代码比较简单,但有一个问题,getA函数会产生一个临时对象,为什么会先调用拷贝构造函数,再调用析构函数?从代码上看这是不合理的,因为函数调用完成后临时对象就应该被析构。其实,编译器把getA函数转化了一下,变成了带参数的版本,并且取消了返回值。这就比较好理解了。另外,如果把函数写成getA1的形式,编译器会进行优化,不会有临时对象产生。

成员初始化列表

在有些情况下,必须使用初始化列表为类中的成员赋初值:

  1. 这个成员是引用
  2. 如果是个const类型成员。
  3. 如果继承一个没有无参构造函数的基类。
  4. 如果你的成员变量类型是一个类类型,且没有无参构造函数。

上面四种情况总结起来就是,如果一个类成员没有默认初始值,那么必须在成员初始化列表中指明。使用成员初始化列表有一个值得注意的地方,就是成员初始化的顺序是声明的顺序,而不是初始化列表中的顺序。下面是一个例子:

#include<iostream>
using namespace std;

class A{
public:
    int a;
    int b;
    A(int a, int b):b(b),a(A::b){}
};

int main(){
    A a(1,2);
    cout << a.a << " " << a.b << endl;
    return 0;
}

运行这个程序会出现一个现象,b被赋值成了2,但是a是一个随机值。因为在VS2013中, 类对象的不会使用默认值初始化(g++会初始化为0),而初始化顺序为a,b,但初始化a的时候,b还是随机值,然后b初始化为2。

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