C++特性探寻-构造函数和析构函数

概述 2008-09-19 20:46 构造函数提供了一种机制，通过它有机会完成必要的初始化工作，从而使对象成为有意义的存在物，而不仅仅只是一块原始的空间。但是，我们逐渐了解到，构造函数具有的地位，不仅对于用户（程序员），对于编译器履行职责也极为重要。通过这个机制，它让C++的一些基本的特性，如继承、多态得到了正确的贯彻和表现。首先不难理解的一点是在构造函数中，要确保基类对象的正确  2008-09-19 20:46 @H_502_3@ 构造函数提供了一种机制，通过它有机会完成必要的初始化工作，从而使对象成为有意义
的存在物，而不仅仅只是一块原始的空间。

但是，我们逐渐了解到，构造函数具有的地位，不仅对于用户（程序员），对于编译器履
行职责也极为重要。通过这个机制，它让C++的一些基本的特性，如继承、多态得到了正确
的贯彻和表现。

首先不难理解的一点是在构造函数中，要确保基类对象的正确构造，如果是从基类继承的
话。因为继承类对象至少可以被“低”看为一个基类对象，具有后者的所有行为和表现，
所以基类的构造函数首先被调用。如果所谓的基类也是从其他类继承过来的，这就形成了
一个调用链。最后的情况是，最基础的类的构造函数首先被执行，然后才是上一层的构造
函数，如此到最外层的继承类。这个过程必须是严格有序的。如果没有这个次序保证，继
承类就有机会在基类还没构建好的情况下就访问基类的数据或函数，这将导致不可预料的
、灾难性的后果。

只有首先确保基类的正确构造，接下来才能进行继承类本身的构造。因为类中可能含有成
员对象，必须保证这些对象也被构造，按照一定的次序（一般就是变量声明的次序）。可
能其中一个或一些成员对象的构造需要参数，这需要在类的构造函数中提供所有需要的参
数（构成所谓显式的“初始化列表”）。

看起来这就是构造函数的全部隐含（或半隐含）工作？不是的。我们忽视了一个极为重要
的东西，我称之为类关联信息（表）。类关联信息是编译时生成的、为运行时所需的类的
附加数据（可以认为这些数据放在全局数据区中）。我们熟悉的虚函数表（v-table），我
把它归在类关联信息的范畴之中（最初，我以为虚函数表就是全部，但这个理解有点狭义
）。此外，还包含运行时类型信息（RTTI）。此外，不排除我们还不清楚的其它辅助数据
（总之，类关联信息是一种广义的、统一的称呼）。如果编译器为类生成了类关联信息，
那么毫无疑问，必须在构造函数中将它与当前对象（类的实例）关联起来（也许简单到只
需要设置一个指针即可）。

例如，如果类中含有虚函数，或者，它覆盖了基类中的虚函数（两种情况下都意味着类有
自己的虚函数表）。那么，设置正确的关联后，将存在一个指针（v-ptr），它正确地指向
了该虚函数表（v-table）。此后，多态才能表现出所期望的正确行为。

再次指出（次序的重要性），设置关联，或者狭义地说，设置v-ptr必须发生在对基类构造
函数的调用之后。因为，继承类如果有自己的虚函数表，那么v-ptr会被改写，以指向该表
，即使此前v-ptr已经被基类所设置。这是合法的，也正是所期望的。但是语义上我们绝不
允许基类可以改写继承类所设置的v-ptr。如果v-ptr设置发生在基类构造调用之前，那么
这种非法的一幕就会发生。

所有上述的事情完成之后（对于用户来说它们几乎是隐含的），才真正开始执行用户的初
始化代码。

在构造函数中调用虚函数，会发生什么？发生的情况也许是始料未及的。当前类的对象正
在构建，v-ptr指向的是当前类的虚函数表。此时，还没到继承类执行它自己的代码（如设
置v-ptr，执行初始化代码）的时候，那一切发生在当前类的构造函数执行完毕之后。所以
，将要执行的是本类的虚函数版本，而不是可能被覆盖的继承类的版本。这里有一个反面
的证据。假如v-ptr设置发生在基类构造函数调用之前，让我们有机会调用继承类的虚函数
版本，这意味着什么？继承类还没有完成初始化（因而对象还没有构建好），我们企图在
一个没有构建好的对象上执行它的成员函数，可以想见后果是灾难性的。

类的构造函数何时被调用？在对象被创建的时候。对象可能位于栈上，全局数据区，或堆
上。对象可能会在声明的地方创建，这样的对象位于栈上或全局数据区。对象也可以使用
new *** 作符动态地创建，这样的对象将位于堆上。

析构函数
析构函数提供了一种和构造函数相反的机制，允许在销毁一个对象之前（亦即回收对象所
占用的空间），让对象释放自己所使用的资源。再次，这里所关心的是语言底层所发生的
事情。

与构造函数的执行次序刚好相反，析构函数从最外层的类开始执行，最基础的类的析构函
数最后执行，看起来就象一层层的剥壳。这个次序要得到严格保证的理由也是明显的（违
反次序又将产生相关性问题）。结果看起来是这样的：用户析构代码->成员对象析构->基
类析构函数。

析构函数在对象行将被销毁时调用。当对象超出其作用域，例如一个函数内部的局部变量
，在函数返回时将被自动销毁。对于在堆上创建的对象，我们只能通过对象指针p，执行d
elete p来销毁它。现在就有一个问题。p指向了某个类型（例如A）的对象，但是却可能是
通过上溯造型（upcast）得来的，因此它指向的实际上是一个B的对象，那么将发生什么？


显然，正确的做法是把对象作为B的实例来销毁。也就是说，调用B的析构函数。我们也许
很快想到，首先，在运行时刻可以知道这个对象“实际上”是什么类型（那个最晚的派生
类，本例中假定就是B），例如通过RTTI。然后，根据实际的类型，“找到”并调用该类的
析构函数。然而，这个想法不会自然实现，需要在编译时把类的类型信息和一个指向析构
函数的指针关联起来。不过，上述考虑似乎复杂了点。我们可以把这个析构函数指针放入
虚函数表中（某个特别的位置）。理由是，与虚函数非常相似，存储这个析构函数指针的
slot可以为继承类所覆盖（从而指向继承类的析构函数），而且继承类应该总是覆盖它（
然而下面将看到，实际的情况与“总是覆盖”有出入）。

无论怎样，析构函数指针是存储在前面称之的类关联信息（表）中，编译器不难找到。因
而当通过对象指针（即使已经上溯造型）执行删除 *** 作时，总是能够调用正确的析构函数
。但是，在多个编译器的试验发现，只有把基类的析构函数声明为虚的，继承类才会覆盖
它。看来的确采用虚函数的技术来对待析构函数了。如果基类的析构函数没有声明为虚的
，则执行前面的delete p时，只有A的析构函数得到执行，而B的没有执行！

这是令人惊讶的。竟然允许“不完全”析构的情况发生，把选择权以及责任交给了程序员
！我不能确定这么做的主要理由是什么。也许还是因为C++如此看重效率，它迫使程序员在
必要的时候显式声明他的需求，因为类似虚函数的间接调用要占用额外的空间和时间。


前面考察了虚函数在构造函数中的行为，继续来看一下在析构函数中的情形。因为析构过
程是自外向里的，当前类在调用虚函数的时候，其继承类此前已经完成了析构，不再是可
用的。因而，是不可以调用继承类的虚函数版本的。结果，调用的仍然是本地版本（和构
造函数中的结论一样，虚函数机制被忽略）。 总结

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