[读书系列] 深度探索C++对象模型 初读

　　2012年底～2014年初这段时间主要用C++做手游开发，时隔3年，重新拿起《深度探索C++对象模型》这本书，感觉生疏了很多，如果按前阵子的生疏度来说，现在不借助Visual Studio之类的工具的话，写C++代码感觉要比较费劲，最近重读了这本书后，感觉要写点东西下来（因为懒得用笔作笔记，太慢了-_-!）加深下印象。

　　以前还是新手的时候，总是认为：

1.class如果没有定义任何constructor的话，编译器会自动合成一个default constructor（我习惯叫缺省的构造函数）出来

2.编译器合成出来的default constructor会为“class内的每一个data member“作初始化

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　　现在开始往不为新手所知的编译器合成的default constructor究竟做了什么神秘的事这个方向飞吧！:)

　　《深度探索C++对象模型》说道编译器会在需要的时候自动合成default constructor，而“在需要的时候”指的有这样4种情况：

a1.class中带有member class object

a2.class的base class 带有default constructor

a3.class拥有（继承）一个或者多个virtual function

a4.带有一个virtual base class

a1的情况：

class A
{
public:
　　A() {}
};
class B : A
{
private:
　　A a;
　　int count;
};
void Test()
{
　　B b;//B::a必须在初始化
}

//此时编译器会为class B 自动生成一个default constructor，然后其中负责了class A 对象a的初始化工作
//生成的构造函数伪代码可能像下面这样：
class B
{
public:
　　B()
　　{
　　　　//编译器生成的，且这段代码是在用户代码之前的
　　　　this.a.A::A();

　　　　//但是count是class B 对编译器来说不是必要的（对用户来说是必要的），所以count的初始化工作时是需要用户自己负责的
　　　　//如this.count=0;
　　}
};

当然，如果class B中组合有多个其他的class，且它们都像class A一样带有default constructor，那么编译器会以class B中声明它们的顺序，依序自动生成每个class对应的default constructor，比如：

class B {public: B() {}};
class C {public: C() {}};
class D {private: A a; B b; C c;};
void Test()
{
　　D d;//会在class D中自动生成default constructor
}
//如下自动生成的default constructor伪代码
class D
{
public:
　　D()
　　{
　　　　a.A::A();
　　　　b.B::B();
　　　　c.C::C();
　　}
};

a2的情况：和1的类似，编译会为所有带default constructor的class 的derived class 生成需要的default constructor，用于初始化base class，当然这些代码会安插在用户初始化自己的data member的代码之前！！如果同时存在带default constructor的 member class objects，那么会在上述的初始化base class的default constructor之后生成

a3.的情况：

//直接摘抄《深度探索C++对象模型》的示例
class Widget
{
public:
　　;
};
void flip(const Widget& widget) { widget.flip(); }

//假设Bell 和Whistle都派生自Widget
void foo()
{
　　Bell b;
　　Whistle w;
　　flip(b);
　　flip(w);
}

在这种情况下，在编译期间，会有这样的行为：

1.一个virtual funciton table被生成出来，里面存放着虚函数的地址（当然还有type_info类型信息）;

2.为每个class object合成一个vptr(virtual pointer，指向虚表的指针)，期内存放着相关class的vtbl(上述的virtual function table)的地址（ps:相关class可指的是base class中的虚表）

因此上述的widget.flip()的调用可能是这样的决议：(*widget.vptr[1])(&widget)， (ps:这里假定Widget只有1个虚函数，vptr[1]指的就是存放指向虚函数flip()的地址，而vptr[0]指的是类型信息)， &widget指的是Widget类的某一个实例交付给flip的this指针。

为了使多态这个机制发挥它应有的作用，编译器会为Widget的每个object(或者其派生类object)合成vptr，存放适当的指向vtbl(virtual function table)的地址，因此对于那些没有声明任何constructor的class，编译器这个时候就为它们自动生成了defalut constructor来做vptr做初始化的工作！

a4的情况：

//摘自《深度探索C++对象模型》
class X { public: int i; };
class A : public virtual X { public: int j; };
class B : public virtual X { public: int k; };
class C : public A, public B { public: int d; }

; }

mian()
{
    foo(new A);
    foo(new B);
}

继承关系如右图： 

C中的内存布局如右图：

编译器无法在编译期决议出pa->X::i的位置，因为pa的类型是可变的，可能是A或C或X类型，因此也就无法确切的知道X::i在内存中的偏移位置，这时编译器对该行代码可能的转变操作有

pa->__pacX->i = 1024，而这个__pacX正是编译器安插的指向base class的指针，在运行期才可正确决议如何存取X::i，这个操作在构造期间完成，如果用户没有声明任何constructor，那么这时编译器会合成default constructor来完成这个操作，安插对base calss进行存取操作的代码！

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至此看回前面的两个观点：

1.任何class如果没有定义default constructor（我习惯叫默认的构造函数）的话，编译器会自动合成一个出来

2.编译器合成出来的default constructor会为“class内的每一个data member“作初始化

没有1个是正确的！-_-!!!当然你可以说本来就是这样，但相信很多新手肯定和我最开始的时候一样抱着这样的想法！！！

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下面 补上C++对象模型的结构图：来自网络 ，顺便大致说说：

图中对应的代码大致如下：

class Point {
public:
    Point(float xval) {
        this.x = xval;
    }

    virtual ~Point(){
        //...
    }

    float x() const {
        return this._x;
    }

    static int PointCount(){
        //...
        ;
    }
protected:
    virtual ostream& print(ostream&) const {
        //...
    }

    float _x;
    static int _point_count;
};

大致的理解如下：

1.编译器为每个Point类对象pt安插一个虚表指针_vptr_Point，指向虚表Virtual table for Point
2.上述虚表中0索引位置存放type_info类型信息地址，1索引位置存放虚析构函数地址，2索引位置存放虚函数print地址
3.nonstatic data members像虚表指针一样，存在于每个class object之内（亦即类的每个实例都有着自己的数据）
4.staitc data members 和 nonstatic或者static function members 存在于class object之外
基于上述说明，现在我不会再像以前迷惑于为什么对有些类（比如内含有虚函数）取sizeof时得到的结果会大于自己的猜想，因为类的vptr虚表指针也需要占据内存(32位机器占用
4个字节），如果是属于继承链中的一环，那还要算上其base class中的vptr开销！！
再进一步的，可以深入了解对象的(数据)内存布局了！！希望我们不会再为constuctor背后做的事所迷惘，冲过这令人眩晕的“暗涌”吧！！！