深入探索C++内存模型（2）

如果一个 class 没有任何 constructor，但它内含一个有 default constructor 的 member object，那么这个 class 的 implicit default constructor 就是 “nontrivial” ，编译器需要为此 class 合成出一个 default constructor。不过这个合成操作只有在 constructor 真正需要被调用时才会发生。

如果一个没有任何 constructor 的 class 派生自一个“带有 default constructor”的 base class，那么这个 derived class 的 default constructor 会被视为 nontrivial，因此需要被合成出来。它将调用上一层 base classes 的 default consturctor（根据他们的声明顺序）。对于一个后继派生的class而言，这个合成的 constructor 和一个 “被明确提供的 default constructor” 没有什么异常。

另有两种情况，也需要合成出 default constructor：

1. class 声明（或继承）一个 virtual function；
   
2. class 派生自一个继承串链，其中有一个或更多的 virtual base classes。
   

以下两个扩张会在编译期间发生：

1. 一个 virtual function table（vtbl） 会被编译器产生出来，用于存放 class 的 virtual functions 地址；
   
2. 在每一个 class object 中， 一个额外的 pointer member（vptr）会被编译器合成出来，内含相关的 class vtbl 的地址。
   

注意：虚函数表（vtbl）属于一个 class，而每个 object 中存放的是虚函数表的地址（vptr）。

virtual base class 的实现方法在不同的编译器之间有极大的差异。然而，每一种实现方法的共通点在于必须使 virtual base class 在其每一个 derived class object 中的位置能够于执行期准备妥当。（书中举出了cfront编译器的做法：在derived class object 的每一个 virtual base classes 安插一个指针。）对于 class 所定义的每一个 constructor，编译器会安插那些“允许每一个 virtual base class 的执行期存取操作”的代码。如果 class 没有声明任何 constructors，编译器必须为它合成一个 default constructor。

有四种情况，会导致“编译器必须为未声明 constructor 的 class 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。

在合成的 default constructor 中，只有 base class subobjects 和 member class objects 会被初始化，所有其他的 nonstatic data member，如整数、指针、数组等等都不会被初始化。这些初始化操作对程序而言或许有需要，但对编译器则并非必要。

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 会明确设定“class 内每一个 data member 的默认值”。
   

如你所见，没有一个是真的。

如果 class 没有提供一个 explicit copy constructor 时，当 class object 以“相同 class 的另一个 object”作为初值时，其内部都是以所谓的 default memberwise initialization 手法完成的，也就是把每一个内建的或派生的 data member 的值，从某个 object 拷贝一份到另一个 object 身上，不过它并不会拷贝其中的 member class object，而是以递归的方式施行 memberwise initialization。

和以前一样，C++ Standard 把 copy constructor 区分为 trivial 和 nontrivial 两种，只有 nontrivial 的实体才会被合成于程序之中。而决定一个 copy constructor 是否为 trivial 的标准在于 class 是否展现初所谓的“bitwise copy semantics”。

一个 class 不展现出 “bitwise copy semantics” 的四种情况：

1. 当 class 内含一个 member object 而后者的 class 声明有一个 copy constructor 时 （不论时被 class 设计者明确地声明，或是被编译器合成）；
   
2. 当 class 继承一个 base class， 而后者存在有一个 copy constructor 时（不论是被声明或是被合成而得）；
   
3. 当 class 声明了一个或多个 virtual function 时；
   
4. 当 class 派生自一个继承串链，其中有一个或多个 virtual base class 时。
   

前面两种情况，编译器必须将 member 或 base class 的 copy constructor 调用操作安插到被合成的 copy constructor 中。而后面两种情况有点复杂，会在接下来的章节讨论。

虚函数表的相关初始化要在构造函数中完成，如果编译器对于新产生的 class object 的 vptr 不能正确地设置到其初值，将导致可怕的后果。因此，当编译器导入一个 vptr 到 class 之中时，该 class 就不再展现 bitwise semantics 了。现在，编译器需要需要合成出一个 copy constructor，以求将 vptr 适当地初始化。

当在拷贝构造时，如果发生切割（sliced）行为（使用派生类对象初始化基类对象），则需要注意 vptr 需要被设置为基类的虚函数表。

一个 class object 如果以另一个 object 作为初值，而后者有一个 virtual base class subobject， 那么也会使“bitwise copy semantics”失效。

每一个编译器对于虚拟继承的支持承诺，都表示必须让“derived class object 中的 virtual base class subobject 位置” 在执行期间就准备妥当，维护“位置的完整性”是编译器的责任。“bitwise copy semantics”可能会破坏这个位置，所以编译器必须在它自己合成出来的 copy constructor 中作出仲裁。

编译器层面的优化操作，有时候被称为 named return value（NRV）优化。

考虑对如下定义函数定义进行优化。

X bar() {
  X xx;
  // ...
  return xx;
}

编译器把其中的 xx 以 __result 取代：

void bar (X& __result) {
  // default constructor
  __result.X::X();
  // ... 直接操作 __result
  return;
}

虽然 NRV 优化提供了重要的效率改善，它还是饱受批评。有以下3点原因：

1. 优化由编译器默默完成，而它是否真的被完成，并不十分清楚；
   
2. 一旦函数变得比较复杂，优化也就变得比较难以施行；
   
3. 某些情况下，程序员不喜欢应用程序被优化。
   

copy constructor 的应用，迫使编译器多多稍稍对你的程序代码做部分转化。尤其是当一个函数以传值（by value）的方式传回一个 class object，而该 class 有一个 copy constructor（不论时明确定义出来的，或是合成的）时。这将导致深奥的程序转化（不论在函数的定义或使用上）。
此外编译器也将 copy constructor 的调用操作优化，以一个额外的第一参数（数值被直接存放于其中）取代 NRV。