C++对象模型——解构语意学(第五章)

5.4    对象的效率 (Object Efficiency)

在下面的效率測试中,对象构造和拷贝所须要的成本是以Point3d class声明为基准,从简单形式逐渐到复杂形式,包含Plain Ol' Data,抽象数据类型(ADT),单一继承,多重继承,虚拟继承,下面函数是測试的主角:

Point3d lots_of_copies(Point3d a, Point3d b) {
    Point3d pC = a;
    pC = b;                // 1
    b = a;                  // 2
    return pC;
}

它内带四个memberwise初始化操作,包含两个參数,一个返回值以及一个局部对象pC,它也内带两个memberwise拷贝操作,各自是1和2的pC和b.main()函数例如以下:

main() {
    Point3d pA(1.725, 0.875, 0.478);
    Point3d pB(0.315, 0.317, 0.838);
    Point3d pC;
    for (int iters = 0; iters < 10000000; iters++)
        pC = lots_of_copies(pA, pB);
    return 0;
}

在最初两个程序中,数据类型是一个 struct 和一个拥有 public 数据的 class;

struct Point3d { float x, y, z; };

class Point3d { public: float x, y, z; };

对pA和pB的初始化操作是通过 explicit initialization list来进行的:

Point3d pA = {1.725, 0.875, 0.478};

Point3d pB = {0.315, 0.317, 0.838};

    这两个操作表现出bitwise copy语意,所以应该能够预期它们的运行有最好的效率.

    "memberwise"初始化操作和拷贝操作(Initialization and Copy): Public Data Members和Bitwise Copy Semantics.

    CC的效率比較好,是由于NCC循环中产生了六个额外的汇编语言指令.这个额外负担并不会反映出不论什么特定的C++语意,这两个编译器的"中间C输出"大致是相等的.

5.5    解构语意学 (Semantics of Destruction)

假设 class 未定义destructor,那么仅仅有在 class 内带的member object(或是 class 自己的base class)拥有destructor的情况下,编译器才会自己主动合成出一个.否则,destructor会被视为不须要,也就不需被合成(当然更不须要被调用).比如,Point,默认情况下就没有被编译器合成出一个destructor--尽管它拥有一个 virtual function:

class Point {
public:
    Point(float x = 0.0, float y = 0.0);
    Point(const Point &);
    virtual float z();
private:
    float _x, _y;
};

类似的道理,假设把两个Point对象组合成一个Line class:

class Line {
public:
    Line(const Point &, const Point &);
    virtual draw();
protected:
    Point _begin, _end;
};

Line也不会拥有一个合成出来的destructor,由于Point并没有destructor.

    当从Point派生出Point3d(即便是一种虚拟派生关联)时,假设没有声明一个destructor,编译器就没有必要合成一个destructor.

    不论Point或Point3d,都不须要destructor,为它们提供一个destructor反而不符合效率.应该拒绝那种"对称策略"的想法:"已经定义了一个constructor,所以感觉必须提供一个destructor".其实,应该"须要"而非"感觉"来提供destructor,更不要由于不确定是否须要一个destructor,于是就提供它.

    为了决定 class 是否须要一个程序层面的destructor(或是constructor),请想想一个
class object的生命在哪里结束(開始)?

须要什么操作才干保证对象的完整?

这是敲代码时比較须要了解的.这也是constructor和destructor什么时候起作用的关键.比如,已知:

{
    Point pt;
    Point *p = new Point3d;
    foo(&pt, p);
    delete p;
}

能够看到,pt和p在作为foo()函数的參数之前,都必须先初始化为某些坐标值.这时候须要一个constructor,否则使用者必须明白地提供坐标值.一般而言,class 的使用者没办法检验一个local变量或heap变量以知道它们是否被初始化.把constructor想象为程序的一个额外负担是错误的,由于它们的工作有其必要性.假设没有它们,抽象化的使用就会有错误的倾向.

    当明白地 delete 掉p时会怎样呢?在不论什么程序上必须处理的吗?

是否须要在 delete 之前这么做:

p->x(0);
p->y(0);

不,当然不须要.没有不论什么理由说明在 delete 一个对象之前先得将其内容清除干净.也不须要归还不论什么资源.在结束pt和p的生命之前,没有不论什么"class使用者层面"的程序操作是绝对必要的,因此,也就不一定须要一个destructor.

    然而考虑Vertex class,它维护了一个由紧邻的"顶点"所形成的链表,而且当一个顶点的生命结束时,在链表上来回移动以完毕删除操作.假设这正是程序猿所须要的,那这就是Vertex destructor的工作.

    当从Point3d和Vertex派生出Vertex3d时,假设不供应一个 explicit Vertex3d destructor,那么还是希望Vertex destructor被调用,以结束一个Vertex3d object.因此,编译器必须合成一个Vertex3d destructor,其唯一的任务就是调用Vertex destructor.假设提供一个Vertex3d destructor,编译器会扩展它,使它调用Vertex destructor.一个由程序猿定义的destructor被扩展的方式类似constructors被扩展的方式,但顺序相反:

    1.假设object内带一个vptr,那么首先重设(reset)相关的 virtual table.

    2.destructor的函数本身如今被运行,也就是说vptr会在程序猿的码运行前被重设(reset).

    3.假设 class 拥有member class objects,而后者拥有destructors,那么它们会以声明顺序的相反顺序被调用.

    4.假设有不论什么直接的(上一层)nonvirtual base classes拥有destructor,它们会以其声明顺序的相反顺序被调用.

    5.假设有不论什么的 virtual base classes拥有destructor,而当前讨论的这个 class 是最尾端(most-derived)的 class,那么它们会以其原来的构造顺序的相反顺序被调用.

    (这个顺序似乎有问题,应该为2,3,1,4,5.当中1在2,3之后)

    就像constructor一样,眼下对于destructor的一种最佳实现策略就是维护两份destructor实体:

    1.一个complete object实体,总是设定好vptr,并调用 virtual base class destructors.

    2.一个base class subobject实体:除非在destructor函数中调用一个 virtual function,否则它绝不会调用 virtual base class destructors并设定vptr.

    一个object的生命结束于其destructor開始运行之时,因为每个base class destructor都轮番被调用,所以derived class 实际上变成了一个完整的object.比如一个PVertex对象归还其内存空间之前,会依次变成一个Vertex3d对象,一个Vertex对象,一个Point3d对象,最后成为一个Point对象.当在destructor中调用member
functions时,对象的蜕变会由于vptr的又一次设定(在每个destructor中,在程序猿所提供的代码之前)而受到影响.在程序中实施destructor的真正语言将在第6章详述.