构造函数语义学——Copy Constructor的建构操作

 
在三种情况下，会以一个object的内容作为另一个class object的初值：

1. object明确初始化

   1 2 3

   class {...}; X x; X xx = x;

2. object被当作参数交与某个函数

   1 2 3 4 5

   extern void foo(X x); void bar(){ X xx; foo(xx); }

3. 函数返回值是一个class object

   1 2 3 4 5

   X foo_bar(){ X xx; ... return xx; }

如果开发者已经明确定义了一个copy constructor如下：

1 2 3

//copy constructor可以是多参数，其中有一个参数是其class type X::X(const X& x); Y::Y(const Y& y);

那么在大部分情况下，当class object以另一个同类实体作为初值时，上述constructor会被调用，这可能会导致一个暂时性class object的产生或程序代码发生改变（或二者都有）。

---

Default Memberwise Initialization

 
如果函数并没有提供一个explicit copy constructor，那么其拷贝同类型对象的操作由default memberwise initialization完成，其执行策略为：对每一个内建或派生的data member的值，从某一个object拷贝到另一个object。不过它不会拷贝其中的member class object，而是实施递归式的memberwise initialization(对每一个对象依次执行default memberwise initialization）。

实例

考虑如下class声明：

1 2 3 4 5 6 7

class String{ public: ...//不存在explicit copy constructor private: char *str; int len; };

String object的default memberwise initialization发生于这种情况：

1 2	String noun("book"); String verb = noun;

其完成方式类似于依次各别设定每一个member：

1 2	verb.str = noun.str; verb.len = noun.len;

如果String是另一个class的member：

1 2 3 4 5 6 7

class Word{ public: ...//不存在explicit copy constructor private: int _occurs; String _word; };

那么一个Word object的default memberwise initialization会拷贝其内建的member _occurs，然后对String member执行递归式memberwise initialization。

如果开发者没有为class指定copy constructor，那么编译器也会生成implicit的声明与定义。类似于Default constructor，C++亦把copy constructor区分为trivial与non-trivial两种，只有non-trivial的实体才会被合成于程序之中。决定一个copy constructor是否为trivial的依据是class是否表现出所谓的“bitwise copy semantics”。

---

Bitwise Copy Semantics

1 2 3 4 5 6 7

Word noun("book"); void foo(){ Word verb = noun; }

很明显verb是根据noun来初始化，但在未了解Word class声明之前，我们无法预测该初始化操作的程序行为。如果开发者定义了copy constructor，那么编译器会调用它。如果没有，编译器会根据class 是否展现出bitwise copy semantics，来合成一个copy constructor。

举例而言，如果Word内部数据仅仅含有内置类型，那么编译器不会合成copy constructor，而是执行bitwise copy。但如果Word内含一个String object，而String class存在一个explicit copy constructor，那么编译器将不得不合成一个copy constructor，以调用member object的copy constructor，在该合成的copy constructor中，内置类型仍然使用bitwise copy。

---

Bitwise Copy不出现的情况

 
一个class有四种情况不会表现出bitwise copy：

1. class内含一个member object，而后者有一个copy constructor（无论是开发者指定还是编译器合成）
2. class继承自一个base class，而后者存在一个copy constructor（无论是开发者指定还是编译器合成）
3. class声明了一个或多个virtual functions
4. class存在的继承体系内存在一个或多个virtual base class

在前两种情况下，编译器会将member或base class的copy constructors插入至合成的copy constructors中。

---

重设定vptr

 
在上一节我们曾经阐述过，含有virtual functions的class会在编译期间构造函数会自发扩张：

1. class会增加一个vtbl
2. class object会增加一个vptr

显然，vptr是决定多态机制能否正确运行的关键，当编译器将vptr导入至class之中时，该class不再具备bitwise semantics。编译器需要合成一个copy constructor，将vptr合理初始化。

实例

现有继承体系及class声明如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

class ZooAnimal{ public: ZooAnimal(); virtual ~ZooAnimal(); virtual void animate(); virtual void draw(); private: ...//some data }; class Bear : public ZooAnimal{ public: Bear(); void animate(); void draw(); private: ...//some data };

ZooAnimal object相互赋值或者Bear object相互赋值都可以通过bitwise copy semantics完成。在这种情况下，vptr保持bitwise copy是安全的。

当一个base class object以其derived class object内容作初始化操作时，其vptr也需要保证安全：

1 2	Bear B; ZooAnimal Z = B;//sliced

显然，Z的vptr不应该指向Bear的vtbl，也就是说，Base class被合成出来的copy constructor会明确设定object的vptr指向Base Class的vtbl，而非从rhs处执行bitwise copy。

---

处理Virtual Base Class Subobject

 
一个class object如果以另一个object作为初值，而后者带有一个virtual base class subobject，那么bitwise semantics同样会失效。

在上一节中我们已经编译器需要保证在运行期明确virtual base class subobject的位置。Bitwise copy可能会破坏这个位置。

实例

现有继承体系及class声明如下：

···C++
class Raccoon:public virtual ZooAnimal{
public:
Raccoon();
Raccoon(int val);
…
private:
…//some data
}

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

在开发者撰写的constructor中，编译器会生成： 1. 调用ZooAnimal的default constructor代码 2. Raccoon的vptr初始化代码 3. 定位Raccoon中ZooAnimal subobject代码 编译器会将上述代码插入至两个constructor之内，并且放在开头位置。 当一个class object以其derived class object作为初值时，bitwise失效，因为此时编译器必须判断“后续当程序员试图存取其Base class subobject时程序能否正常运行。 考虑如下继承体系与声明： ![image_1cchtdv2o1tvlga1o4414a752613.png-20.9kB][3] ```C++ class RedPanda:public Raccoon{ public: RedPanda(); RedPanda(int val); private: ... }

现有object分析图如下：

在下述代码中，编译器无法判断bitwise copy是否有效，因为编译器无法了解Raccoon是否指向了一个真正的Raccoon对象：

1 2	Raccoon *ptr; Raccoon little_critter = *ptr;//可能ptr指向了派生类

---

总结

 
我们是否可以认为，在bitwise copy完全合理的情况下，应当禁止调用copy constructor以优化程序？这个问题将会在后续章节中讨论。
本节我们讨论了class不再保持bitewise copy semantics的四种情况，在这四种情况下，如果未声明copy constructor，那么编译器为了保证初始化正确，将会合成一个copy constructor。

原文:大专栏  构造函数语义学——Copy Constructor的建构操作