默认构造函数的构造行为

编译器在什么时候会创造默认构造函数？会如何创造构造函数？（《深度探索C++对象模型》读书笔记）

默认构造函数 (Default Constructor)

在《Effective C++》这本书有提到，C++编译器会在没有声明定义任何构造函数的情况下为 class 生成一个构造函数。在《深度探索C++对象模型》这本书里，对编译器何时生成构造函数做了更详细的讨论。(有很多词语这本书的译者都没有翻译，我觉得这个做法挺好，避免了歧义和不必要的解释。这篇笔记也仿照这种方法，一些词不做翻译，混入大量英文。)

默认构造函数可以认为有两种，一种是 trivial（浅薄而无能，没什么用的） constructor ，一种是 nontrivial constructor。如果一个类的成员全都是内建类型（built-in type），也就是没有任何成员对象，那么产生的 default constructor 就是 trivial constructor。因为由编译器产生的 default constructor 是不会自动初始化内建类型的成员的，所以这个由编译器产生的构造函数其实什么都没做。

而 nontrivial constructor 会在编译器需要的时候被编译器产生出来。对于下面这一段代码，Foo 没有构造函数，程序也需要 bar’s members 都被清零，但是编译器不会为 Foo 生成默认构造函数。因为这里的需要，指的是编译器的需要，而不是程序员的需要。程序员的需要，应该由程序员来保证，这里应该让 class Foo 的作者负责。

class Foo { public: int val; Foo *pnext; };

void foo_bar()
{
    // 程序要求 bar's members 都被清零
    Foo bar;
    if (bar.val || bar.pnext)
        // do something
}

有 4 种情况会产生 nontrivial constructor：

1. 类中有一个或多个成员对象（即Member Class Object），并且它们都有 Default Constructor
2. 派生自某个基类，并且该基类带有 Default Constructor
3. 该类带有 Virtual Function
4. 该类虚继承于基类(A Class with Virtual Base Class)

第 1 种情况和第 2 种情况强调了成员对象或基类都要有 Default Constructor，如果没有，是无法通过编译的。（不展开，需要理解）当然，成员对象或基类的 Default Constructor，并没有限制必须是用户声明的（user-declared），也可以是编译器生成的。

“带有 Default Constructor” 的 Member Class Object

如果 class 中有一个 member object，并且没有写任何构造函数，那么出于初始化这个 member object 的需要，编译器会生成一个 Default Constructor来初始化这个 member object。此时编译器生成的 Default Constructor 显然不是 trivial constructor，因为它确实做了一些工作，即初始化 member object。

class Foo { public: Foo();  };
class Bar { public: Foo foo; char *str; }

void foo_bar
{
    Bar bar;    // Bar::foo 是一个 member object，需要在此处被初始化
}

对于上面这个例子，编译器生成的 Default Constructor 可能看起来是这样的：

inline Bar::Bar()
{
    foo.Foo::Foo();
}

生成的 Default Constructor 完成了对 foo 的初始化需要。当然，没有对 str 进行初始化，因为初始化 str 不是编译器的需要。如果程序对初始化 str 有需要，那么应该请程序员来初始化 str。

题外话：上面这一段代码中出现的 inline，不是为了什么优化。如果有多个翻译单元，编译器可能会为每个翻译单元都合成一个 Default Constructor，链接器就没法完成链接了。（不知道现代C++编译器会怎么处理，这是书上的说法）

程序确实对初始化 str 有需要，于是程序员写了如下默认构造函数：

Bar::Bar() { str = 0; }

现在程序的需要满足了，但是编译器的需要却没有满足。编译器还需要初始化 member object foo。由于现在已经有一个构造函数了，编译器没法再生成第二个。在这种情况下，编译器的行为是：对现有的每一个构造函数进行扩张，在其中安插一些代码，使得 user code 被执行前，完成对 member object 的初始化。

延续上一个例子，扩张后的 constructor 可能像这样：

Bar::Bar() 
{
    foo.Foo::Foo();    // 编译器扩张的代码
    str = 0;           // user code
}

上面只讨论了一个 member object 的情况。如果有多个 member objects，编译器的行为是差不多的，编译器会按照声明顺序对每一个 member object 完成初始化。

“带有 Default Constructor” 的 Base Class

编译器的行为与 “带有 Default Constructor” 的 Member Class Object 类似。编译器会创造或扩张 Constructor，从而满足对 Base Class 的初始化需求。

“带有一个 Virtual Function”的 Class

如果有 virtual function，编译器会创建一个虚表(virtual function table)，用于存放 class 的 virtual funtions 地址。

此外，编译器会给 class object 额外加入一个 pointer member 指向虚表。

这个时候由编译器产生的 Default Constructor 也是 nontrivial constructor，因为需要对虚表和额外加入的 pointer member 进行初始化。

“带有一个 Virtual Base Class”的 Class

和 “带有一个 Virtual Function”的 Class 的情况差不多，编译器为了实现运行时多态，会加入一些东西，并需要对加入的东西完成初始化。

// 未完待续…