第二章 構造函數語意學The Semantics of Constructors
1． Jerry Schwarz，iostream函數庫建構師，曾爲了讓cin能夠求得一個真假值，於是他爲它定義了一個conversion運算符operator int()。但在語句cin << intVal中，其行爲出乎意料：程序原本要的是cout而不是cin！但是編譯器卻找到一個正確的詮釋：將cin轉型爲整型，現在left shift operator <<就可以工作了！這就是所謂的“Schwarz Error”。Jerry最後以operator void *()取代operator int()。
2． 引入關鍵詞explicit的目的，就是爲了提供程序員一種方法，使他們能夠制止單一參數的constructor被當作一個conversion運算符。其引入是明智的，但其測試應該是殘酷的！
2.1 Default Constructor的構建
1．global objects的內存保證會在程序激活的時候被清爲0。local objects配置於程序的堆棧中，heap objects配置於自由空間中，都不一定會被清爲0，它們的內容將是內存上次被使用後的遺蹟。
2．“default constructors在需要的時候被編譯器產生出來”。關鍵字眼是“在需要的時候”。是被編譯器需要。
對於class X，如果沒有任何user-declared constructor，那麼會有一個default constructor被隱式聲明出來。一個被被隱式聲明出來的default constructor將是一個trivial（沒啥用的）constructor……
3． 以下四種情況，編譯器必須爲未聲明constructor的classes合成一個implicit nontrivial default constructor：
（1)帶有default constructor的member class object
（2)帶有default constructor的base class
（3)帶有virtual function
（4)帶有virtual base class
其它各種情況且沒有聲明任何constructor的classes，它們擁有的是implicit trival default constructors，它們實際上並不會被合成出來。
4、帶有default constructor的member class object
（1）在各個不同的版本模塊中，編譯器避免合成出多個default constructor的方法如下：
把合成的default constructor、copy constructor、assignment copy operator都以inline方式完成。一個inline函數有靜態鏈接，不會被檔案以外者看到。如果函數過於複雜，不適合做成inline，就會合成一個explicit non-inline static實體。
（2）
被合成出來的Bar default constructor內含必要的代碼，能夠調用class Foo的default constructor來處理member object Bar：：foo，但它並不產生任何代碼來初始化Bar::str。
將Bar：：foo初始化是編譯器的責任，將Bar::str初始化則是程序員的責任。
被合成出來的default constructor只滿足編譯器的需要，而不是程序員的需要。爲了讓程序片段正確執行，字符指針str也需要被初始化。
編譯器會擴張已存在的constructor，在其中安插一些代碼，是的user code被執行之前，先調用必要的default constructors。
（3）如果有多個class member objects都要求constructor初始化操作，C++語言要求以“member objects在class中的聲明順序”來調用各個constructors。
5、帶有default constructor的base class
如果一個沒有任何constructor的class派生自一個“帶有default constructor”的base class，那麼這個derived class的default constructor會被視爲nontrivial，並因此需要被合成出來。它將調用上一層base classes的default constructor（根據他們的聲明順序）。
6、帶有一個Virtual Function的class
有兩種情況，也需要合成出default constructor
（1）class聲明（或繼承）一個virtual function
（2）class 派生自一個繼承串鏈，其中有一個或更多的virtual base classes。
由於缺乏由user聲明的constructors，編譯器會詳細記錄合成一個default constructor的必要信息。
此外，widget.flip（）的虛擬調用操作會被重新改寫，以使用widget的vptr和vtbl中的flip（）條目：
（*widget.vptr[1]）（&widget）
其中：（1）1表示flip（）在virtual table中的固定索引
（2）&widget代表要交給“被調用的某個flip（）函數實例”的this指針。
7、帶有一個virtual base class的class
必須使virtual base class在每一個derived class object中的位置，能夠於執行期準備妥當。
所有經由reference或pointer來存取一個virtual base class的操作都可以通過相關指針來完成。
其中_vbcX表示編譯器所產生的指針，指向virtual base class X
_vbcX（或編譯器所做出的某個東西）是在class object構造期間被完成的。對於class所定義的每一個constructor，編譯器會安插那些“允許每一個virtual base class的執行器存取操作”的代碼。如果class沒有聲明任何constructors，編譯器必須爲它合成一個default constructor。
總結：
有四種情況會造成“編譯器必須爲聲明constructor的classes合成一個default constructor”。把這些合成物稱爲implicit nontrivial default constructors。被合成出來的constructor只能滿足編譯器（而非程序）的需要。
沒有存在那四種情況而又沒有聲明任何constructor的classes，我們說他們擁有的是implicit trivial default constructors，他們實際上不會被合成出來。
在合成的default constructor中，只有base class subobjects和member class objects會被初始化。所有其他的nonstatic data member（如整數、整數指針、整數數組等）都不會被初始化。這些初始化操作對程序而言或許有需要，但對編譯器則非必要。
新手誤解：
（1）任何class如果沒有定義default constructor，就會被合成出一個來。
（2）編譯器合成出來的default constructor會顯式設定“class內每一個data member的默認值”。
——都不對。
8、編譯器合成implicit nontrivial default constructor，不過是暗地裏作了一些重要的事情以保證程序正確合理地運行。如果程序員提供了多個constructors，但其中都沒有default constructor，編譯器同樣會在這些constructors中插入一些相同功能的代碼，這些代碼都將被安插在explicit user code之前。
2.2 Copy Constructor的構造操作
0、一個class object可以從兩種方式複製得到：初始化和指定，從概念上而言，這兩個操作分別是以copy constructor和copy assignment operator完成的。
1、Default memberwise initialization
如果class沒有提供一個explicit copy constructor又當如何？當class object以“相同class的另一個object”作爲初值，其內部是以所謂的default memberwise initialization首發完成的，也就是把每一個內建的或派生的data member的值，從某一個object拷貝一份到另一個object身上。不過他並不會拷貝其中的member class object，而是以遞歸的方式施行memberwise initialization。
Default constructors和copy constructors在必要的時候才由編譯器產生出來。“必要”是指當class不展現bitwise copy semanics時。
決定一個copy constructor是否爲trival的標準在於class是否展現出所謂的“bitwise copy semanics”。
2、Bitwise Copy Semanics（位逐次拷貝）
這種情況並不需要一個default copy constructor，因爲上述聲明展現了“default copy semanics”
這種情況下，編譯器必須合成出一個copy constructor，以便調用member class string object的copy constructor：
3．不要 “bitwise copy semantics”
以下四種情況，一個class不展現bitwise copy semantics：
(1)class內含一個member object而後者的class聲明有或被編譯器合成有一個copy constructor時；
(2)class繼承自一個base class而後者存在或被編譯器合成有一個copy constructor時；
(3)當class聲明瞭一個或多個virtual functions時；
(4)當class派生自一個繼承串鏈，其中有一個或多個virtual base classes時。
前兩種情況中，編譯器必須將member或base class的copy constructors調用操作安插到被合成的copy constructor中。
4、重新設定virtual Table的指針
(1)一旦一個class object中必須引入vptr，編譯器就必須爲它的vptr正確地設置好初值。此時，該class就不再展現bitwise semantics。
(2)當一個base class object以其derived class object內容作初始化操作時，其vptr複製操作必須保證安全。
5、處理virtual Base Class Subject
在每一個編譯器對於虛擬繼承的支持承諾，都代表必須讓“derived class object中的virtual base class subobject位置”在執行期就準備妥當。維護位置的完整性是編譯器的責任。
2.3 程序轉化語意學
1． 每一個明確的初始化操作都會有兩個必要的程序轉化階段：先重寫每一個定義，剝除其中的初始化操作，然後安插class的copy constructor調用操作。
2． 把一個class object當作參數傳給一個函數或是作爲一個函數的返回值，相當於以下形式的初始化操作：
X xx = arg; 其中xx代表形式參數或返回值，而arg代表真正的參數值。
3． 函數定義如下：X bar(){X xx; return xx;}，bar()的返回值通過一個雙階轉化從局部對象xx中拷貝出來：
ü 首先爲bar添加一個額外參數，類型是class object的一個reference，這個參數用來放置被拷貝構建而得的返回值。
ü 然後在return指令之前安插一個copy constructor調用操作，以便將欲傳回之object的內容當作上述新增參數的初值，同時重寫函數使它不返回任何值。
4． Named Return Value(NRV)優化如今被視爲是標準C++編譯器的一個義不容辭的優化操作，它的特點是直接操作新添加的額外參數。注意只有copy constructor的出現纔會激活C++編譯器的NRV優化！NRV優化雖然極大地改善了效率，但還是飽受批評：一是優化由編譯器默默完成，而是否完成以及其完成程度完全透明；二是一旦函數變得比較複雜，優化就變得較難施行；三是優化由可能使程序產生錯誤——有時並不是對稱地調用constructor和destructor，而是copy constructor未被調用！
5． 在編譯器提供NRV優化的前提下，如果可以預見class需要大量的memberwise初始化操作，比如以by value的方式傳回objects，那麼提供一個explicit inline copy constructor的函數實體就非常合理。此種情況下，沒有必要同時提供explicit assignment operator定義。
6． copy constructor的應用迫使編譯器多多少少對程序代碼作部分優化，尤其是當一個函數以by value的方式傳回一個class object，而該class有一個copy constructor（或定義或合成）時，無論在函數的定義還是在使用上將導致深奧的程序轉化。此外，編譯器將實施NRV優化。
7． 注意正確使用memset()和memcpy()，它們都只有在classes不含任何由編譯器產生的內部members如vptr時纔能有效運行！
2.4 成員初始化列表
1． 當寫下一個constructor時，就有機會設定class members的初值。不是經由member initialization list，就是在constructor函數本身之內。
2． 下列情況，爲了讓程序能被順利編譯，必須使用member initialization list：
ü 初始化一個reference member時；
ü 初始化一個const member時；
ü 調用一個base class的constructor，而它擁有一組參數時；
ü 調用一個member class的constructor，而它擁有一組參數時。
3． 編譯器會對initialization list一一處理並可能重新排序，以反映出members的聲明次序，它會安插一些代碼到constructor內，並置於任何explicit user code之前。
4． 一個忠告：請使用“存在於constructor體內的一個member”，而不是“存在於member initialization list中的一個member”，來爲另一個member設定初值。