C++箴言:了解C++偷偷加上和调用了什么

2019-11-17 05:26:02

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供稿：网友

　　几乎每一个你自己写的类都会有一个或多个构造函数，一个析构函数和一个拷贝赋值运算符。不要惊异，那是些就像你的面包黄油一样的函数，他们控制着基本的操作，如创建一个新的对象并确保已被初始化，消除一个函数并确保它被完全清除，以及为对象赋予一个新值。这些函数中出现错误，将引起你的类出现影响深远的，而且令人不快的反弹，所以保证他们正确是生死攸关的事情。本章中，我将对如何组装这些函数以成为一个好的类的中枢骨干提供一些指导。

　　什么时候一个空的类将变得不空？答案是当 C++ 得到了它。假如你自己不声明一个拷贝构造函数，一个拷贝赋值运算符和一个析构函数，编译器就会为这些东西声明一个它自己的版本。而且，假如你自己连一个构造函数都没有声明，编译器就会为你声明一个缺省构造函数。所有这些函数都被声明为 public 和 inline（参见 Item 30）。作为结果，假如你写

class Empty{};
　　在本质上和你如下写是一样的：

class Empty {
　public:
　　Empty() { ... } // default constrUCtor
　　Empty(const Empty& rhs) { ... } // copy constructor
　　~Empty() { ... } // destructor - see below
　　// for whether it’s virtual
　　Empty& Operator=(const Empty& rhs) { ... } // copy assignment operator
};
　　这些函数只有在它们被需要的时候才会生成，但是并不需要做太多的事情，就会用到它们。下面的代码会促使每一个函数生成：

Empty e1; // default constructor;
// destructor

Empty e2(e1); // copy constructor

e2 = e1; // copy assignment operator
　　假设编译器为你写成了这些函数，那么它们做些什么呢？缺省构造函数和析构函数主要是给编译器一个地方放置“幕后的”诸如调用基类和 non-static 数据成员的构造函数和析构函数的代码。注重，生成的析构函数是非虚拟（non-virtual）的，除非它从一个基类继续而来，而基类声明了一个虚析构函数（这种情况下，函数的虚拟性来自基类）。

　　编译器版本的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，只是简单地从原对象拷贝每一个 non-static 数据成员到目标对象。例如，考虑一个将名字和类型为 T 的对象联系起来的 NamedObject 模板：

template<typename T>
class NamedObject {
　public:
　　NamedObject(const char *name, const T& value);
　　NamedObject(const std::string& name, const T& value);
　　..
　PRivate:
　　std::string nameValue;
　　T objectValue;
};
　　因为 NamedObject 中声明了构造函数，编译器就不会再生成缺省构造函数。这一点非常重要，它意味着假如你足够谨慎地设计你的类，使它需要构造函数参数，你就不必顾虑编译器会不顾你的决定，轻率地增加一个不需要参数的构造函数。

　　NamedObject 既没有声明拷贝构造函数也没有声明拷贝赋值运算符，所以编译器将生成这些函数（当然是在需要的时候）。看，这就是拷贝构造函数的用法：

NamedObject<int> no1("Smallest Prime Number", 2);
NamedObject<int> no2(no1); // calls copy constructor
　　编译器生成的拷贝构造函数一定会用 no1.nameValue 和 no1.objectValue 分别初始化 no2.nameValue 和 no2.objectValue。nameValue 的类型是 string，标准 string 类型有一个拷贝构造函数，所以将以 no1.nameValue 作为参数调用 string 的拷贝构造函数初始化 no2.nameValue。而另一方面，NamedObject<int>::objectValue 的类型是 int（因为在这个模板的实例化中 T 是 int），而 int 是内建类型，所以 no2.objectValue 将通过拷贝no1.objectValue 的每一个位来初始化。

　　编译器为 NamedObject<int> 生成的拷贝赋值运算符本质上也会有同样的行为，但是，通常情况下，只有在结果代码合法而且有一个合理的可理解的逻辑时，编译器生成的拷贝赋值运算符才会有我所描述的行为方式。假如这两项检测中的任一项失败了，编译器将拒绝为你的类生成一个 operator=。

　　例如，假设 NamedObject 如下定义，nameValue 是一个 string 的引用，而 objectValue 是一个 const T：

template<class T>

class NamedObject {
　public:
　　// this ctor no longer takes a const name, because nameValue
　　// is now a reference-to-non-const string. The char* constructor
　　// is gone, because we must have a string to refer to.

　　NamedObject(std::string& name, const T& value);
　　... // as above, assume no
　　// operator= is declared
　private:
　　std::string& nameValue; // this is now a reference
　　const T objectValue; // this is now const
};
　　现在，考虑这里会发生什么：

std::string newDog("Persephone");
std::string oldDog("Satch");

NamedObject<int> p(newDog, 2); // when I originally wrote this, our
// dog Persephone was about to
// have her second birthday
NamedObject<int> s(oldDog, 36); // the family dog Satch (from my
// childhood) would be 36 if she
// were still alive

p = s; // what should happen to
// the data members in p?
　　赋值之前，p.nameValue 和 s.nameValue 都引向 string 对象，但并非同一个。那个赋值对 p.nameValue 产生了什么影响呢？赋值之后，p.nameValue 所引向的字符串是否就是 s.nameValue 所引向的那一个呢，也就是说，引用本身被改变了？假如是这样，就违反了常规，因为 C++ 并没有提供使一个引用引向另一个对象的方法。换一种思路，是不是 p.nameValue 所引向的那个 string 对象被改变了，从而保持指针或引用还是指向那个对象，也就是说，赋值并没有直接影响对象？这是编译器产生的拷贝赋值运算符应该做的事情吗？

　　面对这个难题，C++ 拒绝编译器产生代码。假如你希望一个包含引用成员的类支持赋值，你必须自己定义拷贝赋值运算符。面对含有 const 成员的类时，编译器也会如此行事（就象上面那个改变后的类中的 objectValue）。改变 const 成员是不合法的，所以编译器隐式产生的赋值函数无法确定该如何对待它们。最后，假如基类将拷贝赋值运算符声明为 private，编译器拒绝为其派生类产生隐式的拷贝赋值运算符。究竟，编译器为派生类产生的拷贝赋值运算符也要处理其基类部分，但假如这样做，它们当然无法调用那些派生类无权调用的成员函数。

　　Things to Remember

　　编译器可以隐式产生一个类的缺省构造函数，拷贝构造函数，拷贝赋值运算符和析构函数。

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