c++ 2.1 編譯器何時建立預設建構函式

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我們通常會說當生命一個 class 時，如果我們不為該 class 指定一個 constructor，那麼編譯器會替我們實現一個 connstructor，那麼這種說法一定對嗎？

事實上，這是不對的。這個不是我說的，是深入理解C++物件模型說的，原話是：

 

      C++新手一般有兩個常見的誤解：

 

1. 任何 class 如果沒有定義 default constructor，就會被合成出一個來。                                    
2. 編譯器合成出來的 default constructor 會明確設定 "class 內每一個 data member 的預設值。

首先解釋第一點，只有四種情況才會導致 ”編譯器必須為未聲明 constructor 之 classes 合成一個 default constructor“。被合成出來的 constructor 只能滿足編譯器（而非程式）的需要。它們之所以能夠完成任務，是藉著 “調用 member object 或base class 的 default constructor” 或是 “為每一個 object 初始化其virtual function 機制或 virtual base class 機制”而完成。至於沒有存在那四種情況，而又沒有聲明任何 constructor 的 classes，我們說它擁有的是 implicit trivial(淺薄而無能，沒啥用的），它們實際上並不會被合成出來。

 

 

 

下面分別討論上述四種合成 constructor 的情況：

情況一：一個 class 內含一個 member object，且其 member object 擁有 default constructor

class Foo { public: Foo(), Foo( int ) ... };  class Bar { public: Foo foo; char* str; };  //不是繼承，是包含    void foo_bar(){      Bar bar;   //Bar::foo 必須在此處初始化                 //譯註：Bar::foo是一個member object，而其 class Foo 擁有default constructor，符合本小節主題      if( str ) {  }  ...  }  

此時 class Bar 內含一個 member object Foo，並且 Foo 有 default constructor Foo()，那麼編譯器就會為 Bar 合成一個 default constructor，看起來像這樣：

//Bar 的 default constructor 可能會這樣合成  //被 member foo 調用 class Foo 的 default constructor  inline  Bar::Bar(){      //C++偽碼      foo.Foo::Foo();  }  

 

再一次請你注意，被合成的 default constructor 只滿足編譯器的需要，而不是程式的需要，為了讓這個程式片段能夠正確執行，字元指標 str 也需要初始化，那麼程式員可能會這麼做：

Bar::Bar() { str = 0; }  //程式員定義的 default constructor  

此時編譯器還需要初始化 member object foo，但是由於 default constructor 已經被程式員明確定義出來了，編譯器沒辦法合成第二個。編譯器採取的行動是：“如果 class A 內含一個或一個以上的 member class object，那麼 class A 的每一個 constructor 必須調用每一個 member classes 的 default constructor”，編譯器會向使用者程式員的 constructors 前面插入必要的 default constructor。插入後可能像這樣：

//插入後的 default constructor   //C++偽碼  Bar::Bar(){      foo.Foo::Foo();   //插入的 compiler code      str = 0；            //explicit user code  }  

如果有多個 class member objects 都要求初始化操作，將如何做呢？C++會按照 “member objects 在 class 中的聲明次序“ 來調用各個 consructors。這一點由編譯器完成。並且如果某個 member object 的 default constructor 被程式員定義過了，它照樣會被按順序調用。如：

//程式員對 Snow_White 類所寫的 default constructor，顯示初始化一個 member object  Snow_White::Snow_White() : sneezy( 1024){      mumble = 2048  }  

它會被擴張為：

Snow_White::Snow_White() : sneezy( 1024) {      //插入 member class onject      //調用其 constructor      dopey.Dopey::Dopey();      sneezy.Sneezy::Sneezy(1024);      bashfun.Bashfun::Bashful();        //explicit user code      mumble = 2048;  }  

情況二：帶有 “default constructor” 的 base class 類似的道理，如果一個沒有任何 constructors 的 class 派生自一個 ”帶有 default constructor“ 的 base class，那麼這個 derived class 的 default constructor 會被是為 nontrivial，並且因此需要被合成出來，它將調用上一層 base classes 的 default constructor（根據它們的聲明次序）。對一個後繼派生的 class 而言，這個合成的 constructor 和一個 ”被明確提供的 default constructor” 其實沒什麼區別。如果設計者提供多個 constructors（比如帶 int 參數的 constructor），但其中都沒有 default constructor 呢? 編譯器會擴張現有的每一個 constructors，在前面插入 base class 的 default constructor。如果有成員 member object，同樣按順序調用。情況三：帶有一個 “virtual Function” 的 class

如果一個 class 聲明或繼承一個 virtual function，並且缺乏由使用者聲明的 constructors，編譯器會詳細記錄合成一個 default constructor 的必要資訊。如：

class Widget{      public:          virtual void filp() = 0;          ...  }    void filp( const Widget& widget ) { widget.filp(); }    //假設 Bell 和 Whistle 都派生自 Widget  void foo(){      Bell b;      Whistle w;        filp( b );      filp( w );  }  

下面兩個擴張步驟在編譯期間發生：

 

1. 一個 virtual function table （在 cfront 中被稱為 vtbl）會被編譯器產生出來，內放 class 的 virtual functions 地址。
2. 在每一個 class onject 中，一個額外的 pointer member（也就是 vptr）會被編譯器合成出來，內含相關的 class vtbl 的地址。

此外，widget.filp() 的虛擬引發操作（virtual invocation）會被重新改寫（實際上就是虛函數調用傳入的 this 會變化），以使用 widget 的 vptr 和 vtbl 中的 filp() 條目：

//widget.filp() 的虛擬引發操作（virtual invocation）的轉變  // (* widget.vptr[ 1 ] )( &widget )  

其中：

• 1 表示 filp() 在 virtual table 中的固定索引
• &widget 代表要交給 “被調用的某個 filp() 函數實體” 的 this 指標

為了讓這個機制發揮功效，編譯器必須為每一個 Widget（或其衍生類別之）object 的 vptr 設定初始值，放置適當的 virtual table 地址，對於 class 所定義的每一個 constructor，編譯器會插入類似前文所說的偽碼來做這樣的事情。對於那些什麼都沒有聲明的 classes，編譯器則就像本文主題，為它們合成一個 default constructor，以便正確的初始化每一個 class object 的 vptr。（你可以理解，vptr 必須賦初值，就像我們平時用的指標，不用是賦NULL一樣）。情況四：帶有一個 ”virtual base class“ 的 classvirtual base class 的實現法在不同的編譯器之間有極大差異。然後每一種實現法的共通點在於必須是 virtual base class 在其每一個 derived class object 中的位置，能夠與執行期準備妥當。例如下面的代碼中：

class X { public: int i; };  class A : public virtual X { public: int j; };  class B : public virtual X { public: double d; };  class C : public A, pulic B { public: int k; };    //無法在編譯使其決定（resolve）出pa->X::i 的位置  void foo( const A* pa) { pa->i = 1024; }    main()  {      foo( new A );      foo( new C );      // ...   }  

編譯器無法固定住 foo() 函數之中"經由 pa 而存取的 X::i“ 的實際位移位置，因為 pa 的真正類型可以改邊，編譯器必須改變 ”執行存取操作“ 的那些碼，使 X::i 可以延遲至執行期才決定下來。做法通常是在 “derived class object 的每一個 virtual base classes 中安插一個指標”（相當於一個中介軟體）。所有“經由 reference 或 pointer 來存取一個 virtual base class” 的操作可以通過相關指標完成。在我的例子中，foo() 可以被改寫如下，以符合這樣的實現策略：

//可能的編譯器轉變操做，中間加了一層  void foo( const A* pa ) { pa->__vbcX->i = 1024; }     

其中，__vbcX表示編譯器產生的指標，指向 virtual base class X。__vbcX是在 class 構造期間完成的。對於 class 所定義的每一個 constructor，編譯器會安插哪些 ”允許每一個 virtual base class 的執行期存取操作“ 的碼。如果 class 沒有聲明任何 constructors，編譯器必須為它合成一個 default constructor。（最後這點我的理解是，像這種多態指標不能固定下來，我們需要給它指一個方向，不能讓它亂指，所以編譯器會合成default constructor）。好了，前面解釋了唯有的四種編譯器會為未聲明 constructor 的 classes 合成一個 default constructor 的情況。現在解釋一下這句：

• 編譯器合成出來的 default constructor 會明確設定 "class 內每一個 data member 的預設值                  

 

在合成的 default constructor 中，只有 base class subobject 和 member objects 會被初始化。所有其他的 nonstatic data member，如整數、整數指標、整數數組等等都不會被初始化，這些初始化操作對程式而言或許又需要，但對編譯器則並非必要。如果一個程式需要 "把某指標設為 0” 的 default constructor，那麼提供它的人應該是程式員。

 

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