c++对象模型构造函数、拷贝构造和拷贝复制

default constructor

default constructor只有在被编译器需要时，才会被合成出来，且合成出的constructor只执行编译器所需要的行动(并不对成员初始化)

含有default constructor的member class object

在c++各个不同的编译模块（文件）中，编译器将合成的default constructor、copy constructor、destructor、assignment copy operator都用inline方式完成来避免合成多个default constructor
若一个class没有任何constructor，而其内含的member object有default constructor，编译器则需要为此class合成default constructor

//B内含A
class A {
    public:
    	A();
    	A(int);
    ...
}

class B{
    public:
    B a;
    char* str;
}

//由于A有default constructor,而B内含A且B没有任何constructor,因此编译器需要为B合成一个default constructor,让其来调用A的default constructor处理B::a

//此处B中被合成的default constructor样子
inline
B::B()
{
    a.A::A();
}

若class B中内含有一个及以上的member class objects，那么class B中的每一个constructor必须调用每一个member class的default constructor；如果是多个，编译器安插代码，会按照member objects在class中声明顺序来调用对应的constructor。因此，编译器会扩张已存在的constructor，在其中安插必要代码，使其先调用member class的default constructor
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```
//若我们为B写一个default constructor让其初始化str
B::B() { str = 0; };

//此时会出现一个问题，那就是B中已经存在一个我们写的default constructor,编译器不能为其再合成一个,那么我们便没法调用a的constructor。
//此时，编译器会扩张已存在的constructor，在其中安插必要代码，使其先调用member class的default constructor

//扩张后的B的default constructor内部结构
B::B()
{
    a.A::A();
    str = 0;
}
```

含有default constructor 的 base class

一个没有任何constructor的class派生自含有default constructor的base class，编译器会调用上层的default constructor，为derived class合成default constructor；若base class含有许多constructors，但没有default constructor，编译器会扩张每一个constructor，安插必要代码，以此调用必要的default constructor。因为存在其他constructors，并不会合成default constructor

含有virtual functions的 class

class A
{
    public:
    	virtual void do() = 0;
}

void do( const A& a ) { a.do(); };

void act()
{
    //B和C派生自A
    B b;
    C c;
    
    do( b );
    do( c );
}

此时编译器会产生两个扩张行为：
- virtual function table被编译器产出，其中存放virtual functions地址
- 每一个class object中，vptr会被编译器合成，内含与之相关的vtbl地址
并且，a.do()的virtual invocation会被改写
```
//原本a.do()
( *a.vptr[1] )( &a )
```
- 1表示do()在vtbl中的固定索引
- &a表示交给被调用的do()实例的this指针
为了让以上机制发挥效果，编译器必须为base和其derived class object的vpty设定初值，指向相关的virtual table地址。这样的任务会交给constructor做扩张

含有virtual base class的class

由于在编译期时，virtual base class在每一个derived class object内存布局中位置不能够确定，因此编译器需要合成default constructor，在derived class object中的每一个virtual base classes中安插一个指针，以此确定其位置

copy constructor

default memberwise initialization

以下三种情况会以一个object的内容作为另一个class object的初值：
- 显示地以一个object内容作为另一个class object的初值
- object被当做参数传给某函数
- 函数传回class object
```
//第一种
class A {...};
A a;

A aa = a;

//第二种
void do1( A a );

void do2()
{
    A aa;
    
    foo(aa);
}

//第三种
A do3()
{
    A a;
    return a;
}
```
若一个class object没有explict copy constructor，而当class object以相同的class的另一个object作为初值时，此class object内部会把每一个内部或derived的data member的值，从另一个object拷贝一份到自己这，再以递归的方式进行memberwise initialization，但它并不拷贝member class object
memberwise initialization这一机制由bitwise copy semantics和default copy constructor实现，当class不展现bitwise copy semantics，编译器才会合成default copy constructor
位拷贝（浅拷贝/bitwise copy semantics）：编译器只是直接将data member的值或指针的值拷贝过来，并不拷贝member class object；也就是说这会导致多个指针指向同一对象

不展现bitwise copy semantics

以下四种情况不会展现bitwise copy semantics：
- class内含member object，而后者的class声明了copy constructor
- class继承自base class，而base class声明了copy constructor
- class声明一个及以上virtual functions
- class派生自一个继承串链，其中含有一个及以上virtual base classes

对于第一、第二种情况

若class展现了bitwise copy semantics且该class并没有explict copy constructor，此时编译器不会合成copy constructor

//以下这种情况，因为展现出了bitwise copy semantics，因此编译器并不会合成copy constructor
class A
{
    public:
    ...//不包含explict copy constructor
    A(const char*);
    ~A();
        
    private:
    	int val;
    	char* str;
}

A a("example")
void do()
{
    A aa = a;
}

//以下这种情况，因为biewise copy semantics无法调用内部class object的copy constructor，因此编译器需要合成一个copy constructor来调用
class A
{
    public:
    	A(const String&);
    	~A();
    
    private:
    	int val;
    	String str;
}

class String
{
    public:
    	String(const char*);
    	String(const String&);
    	~String();
}

对于第三、第四种情况

对于声明了virtual functions的class，编译器都会在编译器为其进行扩张，分别生成一个vptr和一个vtbl。此时用一个新的class类型object赋值给前一个class，bitwise copy semantics不在起作用，不然编译器设定的vptr并不是正确的，此时编译器需要合成default copy constructor。然而，对于一样的class object，bitwise copy semantics依然生效（除开pointer member）

//以下这种情况bitwise copy semantics依然生效，两个class AA实例的vptr将指向同一vtbl
class A
{
public:
    A();
    ~A();
    virtual void do1();
private:
    //需要的变量
}

class AA : public A
{
public:
    AA();
    void do1() override; 
    virtual do2();
private:
    //需要的变量
}

void test()
{
    AA aa;
    AA aa1 = aa;
}

//以下这种情况，两个类型的class object的vptr将指向各自相关的vtbl
A a = aa;

一个class object如果以另一个含有virtual base class subobject作为初值，bitwise copy semantics会失效，因为virtual base class subobject的位置不确定，bitwise copy semantics会破坏这个位置，维护这个位置由编译器完成，因此需要由编译器合成default copyconstructor做出应对行为

program transformation semantics

explict initialization

有这样一段代码：

class X{...};	//定义了copy constructor

X x;

void do()
{
    X x1(x);
    X x2 = x;
    X x3 = X(x);
}

上面的初始化操作将进行两个必要的可能的程序转化：

重写每一个定义(占用内存)，初始化操作剥除
安插class的copy constructor

//转化后
//可能的转换，不同编译器进行的事儿不同
void do()
{
    X x1;
    X x2;
    X x3;
    
    x1.X::X(x);
    x2.X::X(x);
    x3.X::X(x);
}

argument initialization

void do( X x );

X x1;
do(x1);

以上代码进行argument initialization，函数会让local instance x 用memberwise将x1当作初值

而对于不同的编译器，这一过程有不同的实现方法：

导入临时object，调用copy constructor：

//需要更改argument，不然需要多进行一次bitwise
void do( X& x );

//编译器产生的临时object
X _tempx;	
_tempx.X::X(x1);
do( _tempx );

return value initialization

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

对于以上函数的返回值object，采用两步将局部对象xx拷贝而来：
- 为函数加一个一个class object 的reference的额外参数，用来放置copy construct的返回值
- 在return前安插copy constructor调用操作，将传回的object的内容作新增参数的初值
- 这种方法又被称为named return value(NRV)优化
```
void do( X& _result )
{
    X xx;
    
    xx.X::X();
    
    _result.X::X( xx );
    
    return;
}

//do()的操作调用也随之改变
X x1 = do();
//转为
X x1;
do(x1);
```
NRV优化的缺点：
- 优化由编译器进行，因此这种优化是否完成，我们并不知道
- 随着函数变得越来越复杂，优化会越来越难施行

是否需要copy constructor?

对于没有member或base class objects带有copy constructor，以及没有virtual base class 或 virtual function的class，并不需要copy constructor，此时memberwise即可满足要求，效率即可也安全，并不会导致memory leak，也没有address aliasing。再者，对于这类class，使用memcpy()会更有效率
```
class point3d
{
    public:
    	point3d( float x, float y, float z );
    
    private:
    	float _x, _y, _z;
}

//此时class的copy constructor这样执行更有效率
point3d::point3d( const point3d& rhs )
{
    memcpy( this, &rhs, sizeof(point3d) );
};
```

member initialization list

member initialization list不是一组函数调用，编译器安照member在class中的声明顺序一一操作member initialization list，且在任何user code前，以适当顺序在constructor中安插初始化操作
对于以下四种情况，为保证程序顺利编译，必须使用member initialization list：
- 初始化reference member
- 初始化const member
- 调用base class 的constructor，而它含有一组参数
- 调用member class的constructor，而它含有一组参数
以下情况编译可以通过，但效率并不高

class A()
{
    String _name;
    int _value;
 	
public:
    A()
    {
        _name = 0;
        _value = 0;
    }
}

//此时A constructor会产生一个临时object，再将其初始化，随后以assignment运算符将临时Object传递给_name，最后摧毁临时object
//以下是扩张
A::A()
{
    _name.String::String();
    
    String temp = String(0);
    
    //memberwise拷贝
    _name.String::operator=(temp);
    
    temp.String::~String();
    
    _value = 0;
}

对此进行修改

//运用member initialization list
A::A : _name(0)
{
    _cnt = 0;
}

//如下扩张
A::A()
{
    _name.String::String(0);
    _value = 0;
}

若不注意初始化顺序和member initialization list的排列顺序，可能会出现以下错误：

class B
{
    int i;
    int j;
public:
    B(int val) : j(val), i(j)
    {
        
    }
};

//执行顺序 i = j; j = val;

以上程序改善：将一个member的初始化操作放在constructor
```
B::B(int val) : j(val)
{
    i = j;
}
```
对于member function，请不要使用member initialization list将member function作为另一个对象的初值，因为并不知道member function对class object依赖性，因此需要将其放于constructor

网页题目：c++对象模型构造函数、拷贝构造和拷贝复制
网站地址：http://mswzjz.cn/article/dsoiiod.html

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default constructor

含有default constructor的member class object

含有default constructor 的 base class

含有virtual functions的 class

含有virtual base class的class

copy constructor

default memberwise initialization

不展现bitwise copy semantics

对于第一、第二种情况

对于第三、第四种情况

program transformation semantics

explict initialization

argument initialization

return value initialization

member initialization list

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含有default constructor的member class object

含有default constructor 的 base class

含有virtual functions的 class

含有virtual base class的class

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default memberwise initialization

不展现bitwise copy semantics

对于第一、第二种情况

对于第三、第四种情况

program transformation semantics

explict initialization

argument initialization

return value initialization

member initialization list

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