深度探索c++对象模型之虚继承的对象构造

      郑重声明：以下文字“借鉴”自侯捷老师的译作《深度探索C++对象模型》部分内容【5.2节，大概在211页左右】，写在这里，算是加深自己对此书内容的记忆，因为鄙人水平太浅，难免有理解错误的地方，如果有朋友看出来，还请费神指出，鄙人不胜感激！

      让我们先来看这样一个继承体系，首先声明一个Point类作为基类，然后再声明两个Point3d和Vertex，它们俩都虚拟继承自Point类，接着再申请一个Vertex3d类，它继承自Point3d和Vertex类，最后再申请一个PVertex类，它继承自Vertex3d类，它们的继承的关系图如下：



代码如下：

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

class Point{
public:
Point(int x = 0, int y = 0):_x(x),_y(y){
cout << "This is Point construct!" << endl;
};

protected:
int _x, _y;
};

class Point3d :virtual public Point{
public:
Point3d(int z=0) :_z(z){
cout << "This is Point3d construct!" << endl;
};

protected:
int _z;
};

class Vertex :virtual public Point{
public:
Vertex():_pv(NULL){
cout << "this is Vertex construct!" << endl;
};
protected:
Vertex *_pv;
};

class Vertex3d : public Vertex,public Point3d{
public:
Vertex3d(){
cout << "This is Vertex3d construct" << endl;
};
};

class PVertex :public Vertex3d{
public:
PVertex(){
cout << "This is PVertex construct" << endl;
}
};
int main()
{
PVertex pv;
return 0;
}

让我们按下F5执行，会看到执行效果如图：



根据这个图片我们可以看出，对于虚继承体系来说，任何一个对象的构造执行顺序总是从深到浅、从远到近，既最先构造的总是最底层的基类。

      这样看起来似乎并没有什么值得奇怪的地方，但是让我们想想，如果我们把主函数main中的代码改成【Point3d p3d;】呢？相信按下F5后，会输出两句执行结果：【This is Point construct!】和【This is Point3d construct!】，这是因为在构造Point3d对象时，会先执行Point的构造器。看到这里，细心的朋友或许会生出疑问了：不是说在构造PVertex对象时，执行完Point的构造器，还会执行Vertex、Point3d等等类的构造器吗，而在这些类的构造中，不还是要重新执行Point类的构造器吗？如果真是这样，那Point构造器应该被执行很多次啊，那为什么我们只看到一句【This
is Point construct!】呢？？

      嗯，按道理来说，是应该如此，但这种“讲道理”实在是太浪费效率了：因为对于那些多层继承来说，这种构造方式无疑是一种冗余大灾难！所以，C++的先驱们，就设计出一种黑魔法，让编译器可以不讲道理式的高效率构造对象，而这种黑魔法，我称之为“隐参选构法”。顾名思义，就是在执行一个派生类对象的构造时，会有条件的选择要不要执行基类的构造器。具体做法就是，给继承体系中所有的构造器传入一个隐形参数，根据这个参数的具体数值来确定要不要调用基类的构造器。再具体一点的说，根据书中的描述，这个隐形参数的名字叫做【_most_derived】，是紧跟隐形this指针参数的第二个参数，它有两个值，一个为true，一个为false，当参数为true时，那么它就调用最基类的Point构造器，否则就不调用。

      那么什么时候值才是true呢？答案是当我们声明一个完整的派生类对象时，比如我们例子中的代码【PVertex pv;】，因为pv是一个完整派生类对象，所以编译器在调用它的构造器时，会传入一个true值【1】，所以代码【PVertex pv;】会被编译器扩展成大概这样的形式【PVertex pv(&pv,1);】。那么什么时候传入的值是false呢？答案是在任何一个派生类对象的构造器中，递归调用上一层类的构造器时。比如我们的PVertex类，在编译器给它合成的构造器里面，一定会调用它的继承类Vertex3d类的构造器，而在调用后者时，一定会传入一个false值【0】，以此类推，Vertex3d在调用Vertex和Point3d时，也会传入false值；

      说了这么多，让我们来看一下编译器给PVertex类合成的构造器内部代码大概是什么样子的【以下伪代码只是鄙人推测，未必如实！】：

PVertex* PVertex::PVertex(PVertex *this, bool _most_derived, int x, int y, int z)
{
//如果是声明一个完整类对象，那么默认传入一个true值，所
//以在我们的例子中表达式结果为真，Point构造器得以执行。
if (_most_derived != false)
this->Point::Point(x, y);

//只要是在派生类的构造器中递归调用上一层类的构造器，传
//入的值一定是false，所以Vertex3d构造器中的Point构造器
//不会得到执行！以此类推，在Vertex3d中调用Vertex和
//Point3d时，Point构造器也不会执行
this->Vertex3d::Vertex3d(false, x, y, z);

//接着我们需要设置一下虚表指针等
this->_vptr_PVertex = _vtbl_PVertex;
this->vptr_PVertex_Point = _vtbl_PVertex_Point;

/*****************************************
这里可以用来安插一些用户自己写的构造器代码
******************************************/

//最后返回this指针
return this;
}

      在现代编译器中，会把每一个construct一分为二，一种针对完整的继承对象，另一种针对子对象【subobject】；完整版无条件调用virtual base construct，设置所有的vptrs，而“subobject”则不调用virtual base construct，也可能不设置vptrs。无疑这是一种提高对象构造效率的方法，毕竟在构造器里面省却了条件分支判断了，代价则是编译后代码的臃肿。

      讲完了constructor，接下来再讲一讲destructor的工作原理，我们就只说一下它的工作步骤好了，如果有读者感兴趣，请自行阅读《深度探索C++对象模型》一书第五章最后一节的内容，大约在235页：

1）：destructor函数本身首先被执行。

2）：如果该类拥有成员类对象，而这些成员类对象又拥有destructor，那么它们会以声明次序的相反顺序逐个被调用。

3）：如果object内带一个vptr，则就在现在被重新设定，指向适当的基类的虚函数表。

4）：如果该类有上一层的nonvirtual base class，并且这些基类们拥有destructor，那么就按照它们的声明次序的相反顺序调用。

5）：如果有任何的virtual base class拥有destructor，而当前讨论的这个类是最尾端【most derived】的类，那么它们会以其原来的构造顺序相反的顺序被调用。

类似constructor，目前对于destructor的实现策略也是维护两份destructor实体：

1）：一个complete object【完全对象】实体，它总是设定好vptrs，并调用virtual base class的destructor。

2）：一个base class object实体，除非在destructor调用一个virtual function，否则它绝对不会调用virtual function或设定vptrs。