弄清C++在幕后为你所写,所调用的函数
一个空类什么时候不是空类?---- 当C++编译器通过它的时候。如果你没有什么下列函数,那么编译器会自动声明它自己的版本。这些函数就是:一个拷贝构造函数,一个赋值运算符,一个析构函数,一对取址运算符。如果你没有声明如何构造函数,那么它也会为你声明一个缺省构造函数。所以这些函数都是public。
class Empty {};
和下面是一样的:
class Empty
{
public:
Empty();
Empty(const Empty & rhs);
~Empty();
Empty & operator=(const Empty & rhs);
Empty * operator&();
const Empty * operator&() const;
}
现在,如果需要,这些函数就会被生成,但你会很容易就需要它们。下面的代码将使得每个函数被生成:
const Empty e1; // 缺省构造函数
// 析构函数
Empty e2(e1); // 拷贝构造函数
e2 = e1; // 赋值运算符
Empty *pe2 = &e2; // 取址运算符
// (非const)
const Empty *pe1 = &e1; // 取址运算符
// (const)
假设编译器为你写了函数,这些函数又做些什么呢?是这样的,缺省构造函数和析构函数实际上什么也不做,它们只是让你能够创建和销毁类的对象(对编译器来说,将一些 "幕后" 行为的代码放在此处也很方便。注意,生成的析构函数一般是非虚拟的,除非它所在的类是从一个声明了虚析构函数的基类继承而来。缺省取址运算符只是返回对象的地址。这些函数实际上就如同下面所定义的那样:
inline Empty::Empty() {}
inline Empty::~Empty() {}
inline Empty * Empty::operator&() { return this; }
inline const Empty * Empty::operator&() const
{ return this; }
至于拷贝构造函数和赋值运算符,官方的规则是:缺省拷贝构造函数(赋值运算符)对类的非静态数据成员进行 "以成员为单位的" 逐一拷贝构造(赋值)。即,如果m 是类C 中类型为T 的非静态数据成员,并且C 没有声明拷贝构造函数(赋值运算符),m 将会通过类型T 的拷贝构造函数(赋值运算符)被拷贝构造(赋值)---- 如果T 有拷贝构造函数(赋值运算符)的话。如果没有,规则递归应用到m 的数据成员,直至找到一个拷贝构造函数(赋值运算符)或固定类型(例如,int,double,指针,等)为止。默认情况下,固定类型的对象拷贝构造(赋值)时是从源对象到目标对象的 "逐位" 拷贝。对于从别的类继承而来的类来说,这条规则适用于继承层次结构中的每一层,所以,用户自定义的构造函数和赋值运算符无论在哪一层被声明,都会被调用。
看这样一个NamedObject 模板的定义,它的实例是可以将名字和对象联系起来的类:
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;
};
因为 NamedObject 类声明了至少一个构造函数,编译器将不会生成缺省构造函数;但因为没有声明拷贝构造函数和赋值运算符,编译器将生成这些函数(如果需要的话)。
看下面对拷贝构造函数的调用:
NamedObject<int> no1("Smallest Prime Number", 2);
NamedObject<int> no2(no1); // 调用拷贝构造函数
编译器生成的拷贝构造函数必须分别用 no1.nameValue 和no1.objectValue来初始化no2.nameValue 和no2.objectValue。nameValue 的类型是string,string有一个拷贝构造函数,所以no2.nameValue 初始化时将调用string 的拷贝构造函数, 参数为no1.nameValue。另一方面,NamedObject<int>::objectValue 的类型是int(因为这个模板实例中,T 是int),int 没有定义拷贝构造函数,所以no2.objectValue是通过从no1.objectValue 拷贝每一个比特(bit)而被初始化的。
编译器为 NamedObject<int>生成的赋值运算符也以同样的方式工作,但通常,编译器生成的赋值运算符要想如上面所描述的那样工作,与此相关的所有代码必须合法且行为上要合理。如果这两个条件中有一个不成立,编译器将拒绝为你的类生成operator=,你就会在编译时收到一些诊断信息。
例如,假设 NamedObject 象这样定义,nameValue 是一个string 的引用,objectValue 是一个const T:
template<class T>
class NamedObject
{
public:
// 这个构造函数不再有一个const 名字参数,因为nameValue
// 现在是一个非const string 的引用。char*构造函数
// 也不见了,因为引用要指向的是string
NamedObject(string& name, const T& value);
... // 同上,假设没有
// 声明 operator=
private:
string& nameValue; // 现在是一个引用
const T objectValue; // 现在为const
};
现在看看下面将会发生什么:
string newDog("Persephone");
string oldDog("Satch");
NamedObject<int> p(newDog, 2); // 正在我写本书时,我们的
// 爱犬 Persephone 即将过
// 她的第二个生日
NamedObject<int> s(oldDog, 29); // 家犬Satch 如果还活着,
// 会有 29 岁了(从我童年时算起)
p = s; // p 中的数据成员将会发生
// 些什么呢?
赋值之前,p.nameValue 指向某个string 对象,s.nameValue 也指向一个string,但并非同一个。赋值会给p.nameValue 带来怎样的影响呢?赋值之后,p.nameValue 应该指向 "被s.nameValue 所指向的string" 吗,即,引用本身应该被修改吗?如果是这样,那太阳从西边出来了,因为C++没有办法让一个引用指向另一个不同的对象。或者,p.nameValue 所指的string对象应该被修改吗? 这样的话,含有 "指向那个string 的指针或引用" 的其它对象也会受影响,也就是说,和赋值没有直接关系的其它对象也会受影响。这是编译器生成的赋值运算符应该做的吗?
面对这样的难题,C++拒绝编译这段代码。如果想让一个包含引用成员的类支持赋值,你就得自己定义赋值运算符。对于包含const 成员的类(例如上面被修改的类中的objectValue)来说,编译器的处理也相似;因为修改const成员是不合法的,所以编译器在隐式生成赋值函数时也会不知道怎么办。还有,如果派生类的基类将标准赋值运算符声明为private, 编译器也将拒绝为这个派生类生成赋值运算符。因为,编译器为派生类生成的赋值运算符也应该处理基类部分,但这样做的话,就得调用对派生类来说无权访问的基类成员函数,这当然是不可能的。