[C++]《深度探索C++物件模型》讀書筆記 – nontrivial default constructor

C++裡，如果程式員沒有顯式的定義預設建構函式(default constructor)，編譯器會在需要的時候產生一個，也就是隱式地聲明出來。

隱式聲明的預設建構函式有兩種，一種是trivial(無用的) constructor，什麼都不做；另一種是nontrival constructor，編譯器合成的是後者。

在四種情況下，編譯器需要合成nontrival constructor：

1. 帶有"Default Constructor"的成員類對象

class A {public: A(), ... };class B {public: A a;};int f(){    B b;  //此處須調用B的預設建構函式}

因為B::a是一個member object，且其class A擁有default constructor，所以編譯器在需要調用B的預設建構函式時，會為B產生如下的預設建構函式

inline B::b(){    // C++偽碼    a.A::A();  // 調用a的預設建構函式}

但需要注意的是，編譯器產生的預設建構函式不會初始化基本類型的成員變數。
如果class B中有int類型的變數，其值不會被預設建構函式初始化為0。

還有一種情況，如果class B已經擁有一個預設建構函式，但其中並未對其對象成員進行初始化，如下例：

class B {public: A a, int num};B::B() {num = 0}

對於這種情況，編譯器會擴張已有的constructor，將對象成員的構造過程安插在user code前，像這樣：

B::B(){    a.A::A();     // 插入的compiler code    num = 0;      // user code}

 另外還需注意的是，編譯器所安插的代碼會按照“對象在class中的聲明順序”來調用各個constructor，在user code前。

2. "帶有Default Constructor"的Base Class

如果一個class派生自一個“帶有default constructor”的base class，那個這個class的default constructor需要被編譯器合成出來，以調用上一層base class的default constructor。
很多人都瞭解“子類在調用建構函式時，會先調用父類的建構函式”，這正是因為編譯器在我們定義的constructor中進行了上述擴充。

3. "帶有Virtual Function"的Class

虛函數表(vtbl)的相關實現機制超出了本文的範圍，讀者可找相關文章或書藉來學習。

如果class或繼承的base class中聲明了virtual function（虛函數），編譯器會對default constructor進行擴張：
　　1. 為class產生一個virtual function table。
　　2. 為每個class object建立一個額外的point member(vptr)，指向相應的virtual function table。

此外，編譯器還會對“虛函數的叫用作業”進行修改，如b.f()，會被改為:

(*(b.vptr[1])) (&b);// 1表示函數f()在vtbl中的索引值，(b.vptr[1])返回了函數f()的地址。// &b表示交給f()函數調用的this指標，這裡涉及到了name magling的知識，讀者可自行搜尋。

4. "帶有一個Virtual Base Class"的Class

虛基類(virtual Base Class)指多繼承時，某個base class可能會出現在多個繼承路徑上。為了防止該基產生多個拷貝，可將基類的繼承聲明為虛擬，這樣就只會繼承基類的一份拷貝。

雖然這樣base class只有一份拷貝，但在多態環境下，編譯器無法固定”經由某個指標類型而存取的base class中的成員”的實際位移位置，因為其實際類型是可以改變的。
cfont對這個問題的解決方案是：在derived class object的每一個virtual base class中安插一個指標__vbcX，所有經由引用或指標對virtual base class的操作都可以通過該指標來完成。

而對__vbcX的初始化，正是編譯器在default constructor中進行的擴張。

 

對於這4種情況以外的，且沒有聲明default constructor的class，我們說它們擁有的是trivial default constructors，實際上它們並沒有被合成出來。
所以，“任何class如果沒有定義default constructor，都會被產生一個出來”這種說法是錯誤的。

最後還有一點要注意，產生出來的nontrivial default constructor只對類對象進行初始化，或基本類型(int, double, string)的成員變數還需要程式員來顯式的進行初始化。