雜項(xiàng)

進(jìn)行高效的C++程序設(shè)計(jì)有很多準(zhǔn)則，其中有一些很難歸類。本章就是專門為這些準(zhǔn)則而安排的。不要因此而小看了它們的重要性。要想寫出高效的軟件，就必須知道：編譯器在背后為你（給你?）做了些什么，怎樣保證非局部的靜態(tài)對象在被使用前已經(jīng)被初始化，能從標(biāo)準(zhǔn)庫得到些什么，從何處著手深入理解語言底層的設(shè)計(jì)思想。本書最后的這個(gè)章節(jié)，我將詳細(xì)說明這些問題，甚至更多其它問題。

條款45: 弄清C++在幕后為你所寫、所調(diào)用的函數(shù)

一個(gè)空類什么時(shí)候不是空類？ ---- 當(dāng)C++編譯器通過它的時(shí)候。如果你沒有聲明下列函數(shù)，體貼的編譯器會(huì)聲明它自己的版本。這些函數(shù)是：一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)，一個(gè)賦值運(yùn)算符，一個(gè)析構(gòu)函數(shù)，一對取址運(yùn)算符。另外，如果你沒有聲明任何構(gòu)造函數(shù)，它也將為你聲明一個(gè)缺省構(gòu)造函數(shù)。所有這些函數(shù)都是公有的。換句話說，如果你這么寫：

class Empty{};

和你這么寫是一樣的：

class Empty {
public:
 Empty();/t/t        // 缺省構(gòu)造函數(shù)
 Empty(const Empty& rhs);        // 拷貝構(gòu)造函數(shù)

 ~Empty();/t/t       // 析構(gòu)函數(shù) ---- 是否
/t/t/t/t  // 為虛函數(shù)看下文說明
 Empty&
 operator=(const Empty& rhs);    // 賦值運(yùn)算符

 Empty* operator&();/t     // 取址運(yùn)算符
 const Empty* operator&() const;
};

現(xiàn)在，如果需要，這些函數(shù)就會(huì)被生成，但你會(huì)很容易就需要它們。下面的代碼將使得每個(gè)函數(shù)被生成：

const Empty e1;/t/t     // 缺省構(gòu)造函數(shù)
/t/t/t/t    // 析構(gòu)函數(shù)

Empty e2(e1);/t/t       // 拷貝構(gòu)造函數(shù)

e2 = e1;/t/t/t    //  賦值運(yùn)算符

Empty *pe2 = &e2;/t/t   // 取址運(yùn)算符
/t/t/t/t    // (非const)

const Empty *pe1 = &e1;/t     //  取址運(yùn)算符
/t/t/t/t    // (const)

假設(shè)編譯器為你寫了函數(shù)，這些函數(shù)又做些什么呢？是這樣的，缺省構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)實(shí)際上什么也不做，它們只是讓你能夠創(chuàng)建和銷毀類的對象（對編譯器來說，將一些 "幕后" 行為的代碼放在此處也很方便 ---- 參見條款33和M24。）。注意，生成的析構(gòu)函數(shù)一般是非虛擬的（參見條款14），除非它所在的類是從一個(gè)聲明了虛析構(gòu)函數(shù)的基類繼承而來。缺省取址運(yùn)算符只是返回對象的地址。這些函數(shù)實(shí)際上就如同下面所定義的那樣：

inline Empty::Empty() {}

inline Empty::~Empty() {}

inline Empty * Empty::operator&() { return this; }

inline const Empty * Empty::operator&() const
{ return this; }

至于拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符，官方的規(guī)則是：缺省拷貝構(gòu)造函數(shù)（賦值運(yùn)算符）對類的非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員進(jìn)行 "以成員為單位的" 逐一拷貝構(gòu)造（賦值）。即，如果m是類C中類型為T的非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，并且C沒有聲明拷貝構(gòu)造函數(shù)（賦值運(yùn)算符），m將會(huì)通過類型T的拷貝構(gòu)造函數(shù)（賦值運(yùn)算符）被拷貝構(gòu)造（賦值）---- 如果T有拷貝構(gòu)造函數(shù)（賦值運(yùn)算符）的話。如果沒有，規(guī)則遞歸應(yīng)用到m的數(shù)據(jù)成員，直至找到一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)（賦值運(yùn)算符）或固定類型（例如，int，double，指針，等）為止。默認(rèn)情況下，固定類型的對象拷貝構(gòu)造（賦值）時(shí)是從源對象到目標(biāo)對象的 "逐位" 拷貝。對于從別的類繼承而來的類來說，這條規(guī)則適用于繼承層次結(jié)構(gòu)中的每一層，所以，用戶自定義的構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符無論在哪一層被聲明，都會(huì)被調(diào)用。

我希望這已經(jīng)說得很清楚了。

但怕萬一沒說清楚，還是給個(gè)例子?？催@樣一個(gè)NamedObject模板的定義，它的實(shí)例是可以將名字和對象聯(lián)系起來的類：

template<class T>
class NamedObject {
public:
 NamedObject(const char *name, const T& value);
 NamedObject(const string& name, const T& value);

 ...

private:
 string nameValue;
 T objectValue;
};

因?yàn)镹amedObject類聲明了至少一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，編譯器將不會(huì)生成缺省構(gòu)造函數(shù)；但因?yàn)闆]有聲明拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符，編譯器將生成這些函數(shù)（如果需要的話）。

看下面對拷貝構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用：

NamedObject<int> no1("Smallest Prime Number", 2);

NamedObject<int> no2(no1);      // 調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)

編譯器生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)必須分別用no1.nameValue和no1.objectValue來初始化no2.nameValue和no2.objectValue。nameValue的類型是string，string有一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)（你可以在標(biāo)準(zhǔn)庫中查看string來證實(shí) ---- 參見條款49），所以no2.nameValue初始化時(shí)將調(diào)用string的拷貝構(gòu)造函數(shù)，參數(shù)為no1.nameValue。另一方面，NamedObject<int>::objectValue的類型是int（因?yàn)檫@個(gè)模板實(shí)例中，T是int），int沒有定義拷貝構(gòu)造函數(shù)，所以no2.objectValue是通過從no1.objectValue拷貝每一個(gè)比特(bit)而被初始化的。

編譯器為NamedObject<int>生成的賦值運(yùn)算符也以同樣的方式工作，但通常，編譯器生成的賦值運(yùn)算符要想如上面所描述的那樣工作，與此相關(guān)的所有代碼必須合法且行為上要合理。如果這兩個(gè)條件中有一個(gè)不成立，編譯器將拒絕為你的類生成operator=，你就會(huì)在編譯時(shí)收到一些診斷信息。

例如，假設(shè)NamedObject象這樣定義，nameValue是一個(gè)string的引用，objectValue是一個(gè)const T：

template<class T>
class NamedObject {
public:
 // 這個(gè)構(gòu)造函數(shù)不再有一個(gè)const名字參數(shù)，因?yàn)閚ameValue
 // 現(xiàn)在是一個(gè)非const string的引用。char*構(gòu)造函數(shù)
 // 也不見了，因?yàn)橐靡赶虻氖莝tring
 NamedObject(string& name, const T& value);

 .../t/t/t  // 同上，假設(shè)沒有
/t/t/t       // 聲明operator=
private:
 string& nameValue;/t   // 現(xiàn)在是一個(gè)引用
 const T objectValue;/t // 現(xiàn)在為const
};

現(xiàn)在看看下面將會(huì)發(fā)生什么：

string newDog("Persephone");
string oldDog("Satch");

NamedObject<int> p(newDog, 2);      // 正在我寫本書時(shí)，我們的
/t/t/t/t    // 愛犬Persephone即將過
/t/t/t/t    // 她的第二個(gè)生日

NamedObject<int> s(oldDog, 29);     // 家犬Satch如果還活著，
/t/t/t/t    // 會(huì)有29歲了（從我童年時(shí)算起）

p = s;/t/t/t      // p中的數(shù)據(jù)成員將會(huì)發(fā)生
/t/t/t/t    // 些什么呢？

賦值之前，p.nameValue指向某個(gè)string對象，s.nameValue也指向一個(gè)string，但并非同一個(gè)。賦值會(huì)給p.nameValue帶來怎樣的影響呢？賦值之后，p.nameValue應(yīng)該指向 "被s.nameValue所指向的string" 嗎，即，引用本身應(yīng)該被修改嗎？如果是這樣，那太陽從西邊出來了，因?yàn)镃++沒有辦法讓一個(gè)引用指向另一個(gè)不同的對象（參見條款M1）?；蛘撸琾.nameValue所指的string對象應(yīng)該被修改嗎？ 這樣的話，含有 "指向那個(gè)string的指針或引用" 的其它對象也會(huì)受影響，也就是說，和賦值沒有直接關(guān)系的其它對象也會(huì)受影響。這是編譯器生成的賦值運(yùn)算符應(yīng)該做的嗎？

面對這樣的難題，C++拒絕編譯這段代碼。如果想讓一個(gè)包含引用成員的類支持賦值，你就得自己定義賦值運(yùn)算符。對于包含const成員的類（例如上面被修改的類中的objectValue）來說，編譯器的處理也相似；因?yàn)樾薷腸onst成員是不合法的，所以編譯器在隱式生成賦值函數(shù)時(shí)也會(huì)不知道怎么辦。還有，如果派生類的基類將標(biāo)準(zhǔn)賦值運(yùn)算符聲明為private，  編譯器也將拒絕為這個(gè)派生類生成賦值運(yùn)算符。因?yàn)椋幾g器為派生類生成的賦值運(yùn)算符也應(yīng)該處理基類部分（見條款16和M33），但這樣做的話，就得調(diào)用對派生類來說無權(quán)訪問的基類成員函數(shù)，這當(dāng)然是不可能的。

以上關(guān)于編譯器生成函數(shù)的討論引發(fā)了這樣的問題：如果想禁止使用這些函數(shù)，那該怎么辦呢？也就是說，假如你永遠(yuǎn)不想讓類的對象進(jìn)行賦值，所以有意不聲明operator=，那該怎么做呢？這個(gè)小難題的解決方案正是條款27討論的主題。指針成員和編譯器生成的拷貝構(gòu)造函數(shù)及賦值運(yùn)算符之間的相互影響經(jīng)常被人忽視，關(guān)于這個(gè)話題的討論請查看條款11。