第9章 類的構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)與賦值函數(shù)

構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)與賦值函數(shù)是每個(gè)類最基本的函數(shù)。它們太普通以致讓人容易麻痹大意，其實(shí)這些貌似簡單的函數(shù)就象沒有頂蓋的下水道那樣危險(xiǎn)。

每個(gè)類只有一個(gè)析構(gòu)函數(shù)和一個(gè)賦值函數(shù)，但可以有多個(gè)構(gòu)造函數(shù)（包含一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)，其它的稱為普通構(gòu)造函數(shù)）。對(duì)于任意一個(gè)類A，如果不想編寫上述函數(shù)，C++編譯器將自動(dòng)為A產(chǎn)生四個(gè)缺省的函數(shù)，如

    A(void);                    // 缺省的無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)
    A(const A &a);                // 缺省的拷貝構(gòu)造函數(shù)
    ~A(void);                    // 缺省的析構(gòu)函數(shù)
    A & operate =(const A &a);    // 缺省的賦值函數(shù)

這不禁讓人疑惑，既然能自動(dòng)生成函數(shù)，為什么還要程序員編寫？

原因如下：

（1）如果使用“缺省的無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)”和“缺省的析構(gòu)函數(shù)”，等于放棄了自主“初始化”和“清除”的機(jī)會(huì)，C++發(fā)明人Stroustrup的好心好意白費(fèi)了。
（2）“缺省的拷貝構(gòu)造函數(shù)”和“缺省的賦值函數(shù)”均采用“位拷貝”而非“值拷貝”的方式來實(shí)現(xiàn)，倘若類中含有指針變量，這兩個(gè)函數(shù)注定將出錯(cuò)。

對(duì)于那些沒有吃夠苦頭的C++程序員，如果他說編寫構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)與賦值函數(shù)很容易，可以不用動(dòng)腦筋，表明他的認(rèn)識(shí)還比較膚淺，水平有待于提高。

本章以類String的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為例，深入闡述被很多教科書忽視了的道理。String的結(jié)構(gòu)如下：

    class String
    {
      public:
        String(const char *str = NULL);    // 普通構(gòu)造函數(shù)
        String(const String &other);    // 拷貝構(gòu)造函數(shù)
        ~ String(void);                    // 析構(gòu)函數(shù)
        String & operate =(const String &other);    // 賦值函數(shù)
      private:
        char      *m_data;                // 用于保存字符串
    };

9.1 構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)的起源

作為比C更先進(jìn)的語言，C++提供了更好的機(jī)制來增強(qiáng)程序的安全性。C++編譯器具有嚴(yán)格的類型安全檢查功能，它幾乎能找出程序中所有的語法問題，這的確幫了程序員的大忙。但是程序通過了編譯檢查并不表示錯(cuò)誤已經(jīng)不存在了，在“錯(cuò)誤”的大家庭里，“語法錯(cuò)誤”的地位只能算是小弟弟。級(jí)別高的錯(cuò)誤通常隱藏得很深，就象狡猾的罪犯，想逮住他可不容易。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，不少難以察覺的程序錯(cuò)誤是由于變量沒有被正確初始化或清除造成的，而初始化和清除工作很容易被人遺忘。Stroustrup在設(shè)計(jì)C++語言時(shí)充分考慮了這個(gè)問題并很好地予以解決：把對(duì)象的初始化工作放在構(gòu)造函數(shù)中，把清除工作放在析構(gòu)函數(shù)中。當(dāng)對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，構(gòu)造函數(shù)被自動(dòng)執(zhí)行。當(dāng)對(duì)象消亡時(shí)，析構(gòu)函數(shù)被自動(dòng)執(zhí)行。這下就不用擔(dān)心忘了對(duì)象的初始化和清除工作。

構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)的名字不能隨便起，必須讓編譯器認(rèn)得出才可以被自動(dòng)執(zhí)行。Stroustrup的命名方法既簡單又合理：讓構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)與類同名，由于析構(gòu)函數(shù)的目的與構(gòu)造函數(shù)的相反，就加前綴‘~’以示區(qū)別。

除了名字外，構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)的另一個(gè)特別之處是沒有返回值類型，這與返回值類型為void的函數(shù)不同。構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)的使命非常明確，就象出生與死亡，光溜溜地來光溜溜地去。如果它們有返回值類型，那么編譯器將不知所措。為了防止節(jié)外生枝，干脆規(guī)定沒有返回值類型。（以上典故參考了文獻(xiàn)[Eekel, p55-p56]）

9.2 構(gòu)造函數(shù)的初始化表

 構(gòu)造函數(shù)有個(gè)特殊的初始化方式叫“初始化表達(dá)式表”（簡稱初始化表）。初始化表位于函數(shù)參數(shù)表之后，卻在函數(shù)體 {} 之前。這說明該表里的初始化工作發(fā)生在函數(shù)體內(nèi)的任何代碼被執(zhí)行之前。

構(gòu)造函數(shù)初始化表的使用規(guī)則：

*   如果類存在繼承關(guān)系，派生類必須在其初始化表里調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)。

例如

    class A
    {…
        A(int x);        // A的構(gòu)造函數(shù)
}; 
    class B : public A
    {…
        B(int x, int y);// B的構(gòu)造函數(shù)
    };
    B::B(int x, int y)
     : A(x)             // 在初始化表里調(diào)用A的構(gòu)造函數(shù)
    {
      …
}  

*   類的const常量只能在初始化表里被初始化，因?yàn)樗荒茉诤瘮?shù)體內(nèi)用賦值的方式來初始化（參見5.4節(jié)）。

*    類的數(shù)據(jù)成員的初始化可以采用初始化表或函數(shù)體內(nèi)賦值兩種方式，這兩種方式的效率不完全相同。非內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的成員對(duì)象應(yīng)當(dāng)采用第一種方式初始化，以獲取更高的效率。例如

    class A
{…
    A(void);                // 無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)
    A(const A &other);        // 拷貝構(gòu)造函數(shù)
    A & operate =( const A &other);    // 賦值函數(shù)
}；</P><P>    class B
    {
      public:
        B(const A &a);    // B的構(gòu)造函數(shù)
      private:   
        A  m_a;            // 成員對(duì)象
};

示例9-2(a)中，類B的構(gòu)造函數(shù)在其初始化表里調(diào)用了類A的拷貝構(gòu)造函數(shù)，從而將成員對(duì)象m_a初始化。
示例9-2 (b)中，類B的構(gòu)造函數(shù)在函數(shù)體內(nèi)用賦值的方式將成員對(duì)象m_a初始化。我們看到的只是一條賦值語句，但實(shí)際上B的構(gòu)造函數(shù)干了兩件事：先暗地里創(chuàng)建m_a對(duì)象（調(diào)用了A的無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)），再調(diào)用類A的賦值函數(shù)，將參數(shù)a賦給m_a。

B::B(const A &a)
 : m_a(a)          
{
   …
}
示例9-2(a) 成員對(duì)象在初始化表中被初始</P><P>B::B(const A &a)
{
m_a = a;
…
}

示例9-2(b) 成員對(duì)象在函數(shù)體內(nèi)被初始化</P><P>對(duì)于內(nèi)部數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)成員而言，兩種初始化方式的效率幾乎沒有區(qū)別，但后者的程序版式似乎更清晰些。若類F的聲明如下：

class F
{
  public:
    F(int x, int y);        // 構(gòu)造函數(shù)
  private:
    int m_x, m_y;
    int m_i, m_j;
}

示例9-2(c)中F的構(gòu)造函數(shù)采用了第一種初始化方式，示例9-2(d)中F的構(gòu)造函數(shù)采用了第二種初始化方式。

F::F(int x, int y)
 : m_x(x), m_y(y)          
{
   m_i = 0;
   m_j = 0;
}

示例9-2(c) 數(shù)據(jù)成員在初始化表中被初始化

F::F(int x, int y)
{
   m_x = x;
   m_y = y;
   m_i = 0;
   m_j = 0;
}

 示例9-2(d) 數(shù)據(jù)成員在函數(shù)體內(nèi)被初始化

9.3 構(gòu)造和析構(gòu)的次序

構(gòu)造從類層次的最根處開始，在每一層中，首先調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)，然后調(diào)用成員對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)。析構(gòu)則嚴(yán)格按照與構(gòu)造相反的次序執(zhí)行，該次序是唯一的，否則編譯器將無法自動(dòng)執(zhí)行析構(gòu)過程。

一個(gè)有趣的現(xiàn)象是，成員對(duì)象初始化的次序完全不受它們在初始化表中次序的影響，只由成員對(duì)象在類中聲明的次序決定。這是因?yàn)轭惖穆暶魇俏ㄒ坏模惖臉?gòu)造函數(shù)可以有多個(gè)，因此會(huì)有多個(gè)不同次序的初始化表。如果成員對(duì)象按照初始化表的次序進(jìn)行構(gòu)造，這將導(dǎo)致析構(gòu)函數(shù)無法得到唯一的逆序。[Eckel, p260-261]

9.4 示例：類String的構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)

       // String的普通構(gòu)造函數(shù)
       String::String(const char *str)
{
    if(str==NULL)
    {
        m_data = new char[1];
        *m_data = ‘’;
    }  
    else
    {
        int length = strlen(str);
        m_data = new char[length+1];
        strcpy(m_data, str);
    }
}  
 
// String的析構(gòu)函數(shù)
       String::~String(void)
{
    delete [] m_data;
// 由于m_data是內(nèi)部數(shù)據(jù)類型，也可以寫成 delete m_data;
       }

9.5 不要輕視拷貝構(gòu)造函數(shù)與賦值函數(shù)

由于并非所有的對(duì)象都會(huì)使用拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值函數(shù)，程序員可能對(duì)這兩個(gè)函數(shù)有些輕視。請先記住以下的警告，在閱讀正文時(shí)就會(huì)多心：

*       本章開頭講過，如果不主動(dòng)編寫拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值函數(shù)，編譯器將以“位拷貝”的方式自動(dòng)生成缺省的函數(shù)。倘若類中含有指針變量，那么這兩個(gè)缺省的函數(shù)就隱含了錯(cuò)誤。以類String的兩個(gè)對(duì)象a,b為例，假設(shè)a.m_data的內(nèi)容為“hello”，b.m_data的內(nèi)容為“world”。

現(xiàn)將a賦給b，缺省賦值函數(shù)的“位拷貝”意味著執(zhí)行b.m_data = a.m_data。這將造成三個(gè)錯(cuò)誤：一是b.m_data原有的內(nèi)存沒被釋放，造成內(nèi)存泄露；二是b.m_data和a.m_data指向同一塊內(nèi)存，a或b任何一方變動(dòng)都會(huì)影響另一方；三是在對(duì)象被析構(gòu)時(shí)，m_data被釋放了兩次。

拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值函數(shù)非常容易混淆，常導(dǎo)致錯(cuò)寫、錯(cuò)用。拷貝構(gòu)造函數(shù)是在對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)調(diào)用的，而賦值函數(shù)只能被已經(jīng)存在了的對(duì)象調(diào)用。以下程序中，第三個(gè)語句和第四個(gè)語句很相似，你分得清楚哪個(gè)調(diào)用了拷貝構(gòu)造函數(shù)，哪個(gè)調(diào)用了賦值函數(shù)嗎？

String  a(“hello”);
String  b(“world”);
String  c = a;    // 調(diào)用了拷貝構(gòu)造函數(shù)，最好寫成 c(a);
c = b; // 調(diào)用了賦值函數(shù)本例中第三個(gè)語句的風(fēng)格較差，宜改寫成String c(a) 以區(qū)別于第四個(gè)語句。

9.6 示例：類String的拷貝構(gòu)造函數(shù)與賦值函數(shù)
    // 拷貝構(gòu)造函數(shù)
    String::String(const String &other)
    {  
// 允許操作other的私有成員m_data
    int length = strlen(other.m_data);  
    m_data = new char[length+1];
    strcpy(m_data, other.m_data);
}
 
// 賦值函數(shù)
    String & String::operate =(const String &other)
    {  
       // (1) 檢查自賦值
        if(this == &other)
            return *this;
       
       // (2) 釋放原有的內(nèi)存資源
        delete [] m_data;
       
        // （3）分配新的內(nèi)存資源，并復(fù)制內(nèi)容
    int length = strlen(other.m_data);  
    m_data = new char[length+1];
        strcpy(m_data, other.m_data);
       
        // （4）返回本對(duì)象的引用
        return *this;
}   
    
類String拷貝構(gòu)造函數(shù)與普通構(gòu)造函數(shù)（參見9.4節(jié)）的區(qū)別是：在函數(shù)入口處無需與NULL進(jìn)行比較，這是因?yàn)椤耙谩辈豢赡苁荖ULL，而“指針”可以為NULL。
類String的賦值函數(shù)比構(gòu)造函數(shù)復(fù)雜得多，分四步實(shí)現(xiàn)：

（1）第一步，檢查自賦值。你可能會(huì)認(rèn)為多此一舉，難道有人會(huì)愚蠢到寫出 a = a 這樣的自賦值語句！的確不會(huì)。但是間接的自賦值仍有可能出現(xiàn)，例如

// 內(nèi)容自賦值
b = a;
…
c = b;
…
a = c; 

// 地址自賦值
b = &a;
…
a = *b;

也許有人會(huì)說：“即使出現(xiàn)自賦值，我也可以不理睬，大不了化點(diǎn)時(shí)間讓對(duì)象復(fù)制自己而已，反正不會(huì)出錯(cuò)！”他真的說錯(cuò)了。看看第二步的delete，自殺后還能復(fù)制自己嗎？所以，如果發(fā)現(xiàn)自賦值，應(yīng)該馬上終止函數(shù)。注意不要將檢查自賦值的if語句

if(this == &other)
錯(cuò)寫成為
    if( *this == other)

（2）第二步，用delete釋放原有的內(nèi)存資源。如果現(xiàn)在不釋放，以后就沒機(jī)會(huì)了，將造成內(nèi)存泄露。

（3）第三步，分配新的內(nèi)存資源，并復(fù)制字符串。注意函數(shù)strlen返回的是有效字符串長度，不包含結(jié)束符‘’。函數(shù)strcpy則連‘’一起復(fù)制。</P><P>（4）第四步，返回本對(duì)象的引用，目的是為了實(shí)現(xiàn)象 a = b = c 這樣的鏈?zhǔn)奖磉_(dá)。注意不要將 return *this 錯(cuò)寫成 return this 。那么能否寫成return other 呢？效果不是一樣嗎?

不可以！因?yàn)槲覀儾恢绤?shù)other的生命期。有可能other是個(gè)臨時(shí)對(duì)象，在賦值結(jié)束后它馬上消失，那么return other返回的將是垃圾。

9.7 偷懶的辦法處理拷貝構(gòu)造函數(shù)與賦值函數(shù)

如果我們實(shí)在不想編寫拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值函數(shù)，又不允許別人使用編譯器生成的缺省函數(shù)，怎么辦？
偷懶的辦法是：只需將拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值函數(shù)聲明為私有函數(shù)，不用編寫代碼。

例如：
    class A
    { …
      private:
        A(const A &a);                // 私有的拷貝構(gòu)造函數(shù)
        A & operate =(const A &a);    // 私有的賦值函數(shù)
    };
 
如果有人試圖編寫如下程序：
    A  b(a);    // 調(diào)用了私有的拷貝構(gòu)造函數(shù)
    b = a;      // 調(diào)用了私有的賦值函數(shù)
編譯器將指出錯(cuò)誤，因?yàn)橥饨绮豢梢圆僮鰽的私有函數(shù)。

9.8 如何在派生類中實(shí)現(xiàn)類的基本函數(shù)

基類的構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、賦值函數(shù)都不能被派生類繼承。如果類之間存在繼承關(guān)系，在編寫上述基本函數(shù)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

*       派生類的構(gòu)造函數(shù)應(yīng)在其初始化表里調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)。

基類與派生類的析構(gòu)函數(shù)應(yīng)該為虛（即加virtual）