笔记-深度探索C++对象模型

第一章 关于对象

在C语言中，“数据”和“处理数据的操作（函数）”是分开来声明的，也就是说，语言本身并没有支持“数据和函数”之间的关联性。我们把这种程序方法称为程序性的（procedural），由一组“分布在各个以功能为导向的函数中”的算法所驱动，它们处理的是共同的外部数据。

如果我们声明一个struct Point3d，像这样：

typedef struct point3d
{
	float x;
	float y;
	float z;
} Point3d;

欲打印一个Point3d，可能得定义一个像这样的函数：

void Point3d_print( const Point3d *pd )
{
	printf("(%g, %g, %g)", pd->x, pd->y, pd->z);
}

在C++中，Point3d有可能采用独立的“抽象数据类型（abstract data type, ADT）来实现：

class Point3d
{
public:
	Point3d( float x = 0.0, float y = 0.0, float z = 0.0)
		: _x(x), _y(y), _z(z) {}
	
	void x (float xval) { _x = xval; }
	// ...etc...
private:
	float _x;
	float _y;
	float _z;
};

加上封装后的布局成本

我们问：加了封装之后，布局成本增加了多少？答案是class Point3d并没有增加成本。三个data members直接内含在每一个class object之中，就像C struct的情况一样。而member function只会诞生一个函数实例。至于每一个“拥有零个或一个定义”的inline function则会在其每一个使用者（模块）身上产生一个函数实例。Point3d支持封装性质，这一点并未给它带来任何空间或执行器的不良后果。C++在布局以及存取时间上主要的额外负担是由virtual引起的，包括：

virtual function机制，用以支持一个有效率的“执行期绑定”（runtime binding）。

virtual base class，用以实现“多次出现在继承体系中的base class，有一个单一而被共享的实例”。

一般而言，并没有什么天生的理由说C++程序一定比其C兄弟庞大或迟缓。

C++对象模型

在C++中，有两种class data members: static和nonstatic，以及三种class member functions: static、nonstatic和virtual。

在C++对象模型中，nonstatic data members被配置于每一个class object之内， static data members则被放在个别的class object之外。Static和nonstatic function members也被放在个别的class object之外，Virtual functions则以两个步骤支持之：

1.每个class产出一堆指向virtual functions的指针，放在表格之中，这个表格被称为virtual table。

2.每个class object被安插一个指针，指向相关的virtual table。vptr的setting和resetting都由每一个class的constructer、destructor和copy assigment运算符自动完成。每一个class所关联的type_info object（用以支持runtime type identification, RTTI）也经由virtual table被指出来，通常放在表格的第一个slot。

第二章 构造函数语意学

C++ Annotated Reference Manual(ARM)告诉我们：“default constructors……在需要的时候被编译器产生出来”。关键字眼是“在需要的时候”。被谁需要？答案是编译器需要。

C++ Standard说：对于class X，如果没有任何user-declared constructor，那么会有一个default constructor被隐式声明出来……一个被隐式声明出来的constructor将会是一个trivial constructor……

有4种情况，会造成“编译器必须为未声明constructor的classes合成一个default constructor”。C++ Standard把那些合成物称为implicit nontrivial default constructors。被合成出来的constructor只能满足编译器（而非程序）的需要。它之所以能够完成任务，是借着“调用member object或base class的default constructor”或是“为每一个object初始化其virtual function机制或virtual base class机制”而完成的。至于没有存在那4种情况而又没有声明任何constructor的classes，我们说它们拥有的是implicit trivial default constructors，它们实际上并不会被合成出来。

C++新手一般有两个常见的误解：

1.任何class如果没有定义default constructor，就会被合成出一个来。

2.编译器合成出来的default constructor会显示设定“class内每一个data member的默认值”。

如你所见，没有一个是真的！