深度探索c++對象模型之類對象的賦值

在C++中，當我們聲明一個類時，如果沒有給這個類操作符“=”定義一個函數，那麼一般情況下編譯器會自動爲這個類合成一個默認的copy assignment operator【拷貝賦值操作符】，而這種copy assignment operator的工作模式是bitwise copy，所謂的bitwise copy，意思就是按位施以拷貝【兩個類對象除了在內存中的位置不一樣，其它的一模一樣】。但這種模式是存在一定危險性的，比如，考慮一個虛繼承A和B，B繼承自A，我們先聲明瞭一個B對象b，然後聲明一個A對象a，接着再聲明一個A指針對象p；首先，我們讓p指向&b，然後再把*p賦值給a，很顯然這就是一種錯誤【在bitwise copy情況下】，因爲*p中的所有內容都原封不動照搬給A對象a了，那麼也包括*p中的虛表指針，但實際上這個虛表指針是指向B類的，而a中的虛表指針正確情況下應該指向A類！所以編譯器是會選擇性的給類默認合成bitwise copy式copy assignment operator的，在以下四種情況下，編譯器是不會合成出一個bitwise copy模式的copy assignment operator的：

1）：一個類中帶有成員類對象，而這個內嵌類含有自己的【用戶定義】copy assignment operator。

2）：一個類的基類有copy assignment operator。

3）：當一個類中聲明瞭任何virtual function【虛函數】時。

4）：當一個類繼承自virtual base class時【無論這個基類有沒有copy assignment operator】。

所以，如果我們定義這樣一個Point類：

class Point{
public:
Point(int x=0, int y=0):_x(x),_y(y){};
protected:
int _x,_y;
}

然後我們再寫【Point a,b;......b=a;......】時，其中的【b=a;】就是按位照搬【bitwise copy】，這期間並沒有調用什麼copy assignment operator，而且這種模式效率還很高。

現在，讓我們來給Point導入一個copy assignment operator：

inline Point&
Point::operator=(const Pont &p)
{
_x=p.x;
_y=p.y;
return this;
}

接着，讓我們再定義一個Point3d類，該類虛擬繼承自Point：

class Point3d:virtual public Point
{
public:
Point3d(int _x=0,int _y=0,int _z=0);
protected:
int _z;
}

在這裏，如果我們沒有爲Point3d定義一個拷貝賦值操作符，編譯器就會爲Point3d合成一個類似這樣的拷貝賦值操作符【僞代碼】：

inline Point3d&
Point3d::operator=(Point3d* const this, const Point3d &p)
{
//調用基類的函數實體
this->Point::operator=(p);

//memberwise copy the derived class members
_z = p->_z;

return *this;
}

與constructor不同的是，constructor可以有一個member initialization list，而copy assignment operator卻不能有一個member assignment list，因此以下代碼是非法的：

//非法代碼
inline Point3d&
Point3d::operator=(const Point3d &p3d):Point(p3d),_z(p3d._z)
{}

要改成如下形式，才能通過編譯：1）【Point::operator=(p3d);】或者【( *(Point *) this ) = p3d;】

好了，現在讓我們再創建兩個類，Vertex和Vertex3d。其中，Vertex跟Point3d一樣，也是虛擬繼承自Point；而Vertex3d，則派生自Point3d和Vertex，爲了簡潔，本文不再贅述這兩個類的代碼，而是直接看它們的copy assignment operator函數定義：

//Vertex的拷貝賦值操作符
inline Vertex&
Vertex::operator=(const Vertex& v)
{
this->Point::operator(v);

_next = v._next;//這裏的_next是Vertex新增的一個指針成員

return *this;
}

//Vertex3d的拷貝賦值操作符
inline Vertex3d&
Vertex3d::operator=(const Vertex3d &v3d)
{
this->Point::operator=(v3d);
this->Point3d::operator=(v3d);
this->Vertex::operator=(v3d);
...//其它一些Vertex3d自己成員的拷貝賦值【如果有的話】
return *this;
}

仔細看上面那兩段代碼，您會發現問題嗎？嗯，那就是在給Vertex3d類的對象們拷貝賦值時，Point的copy assignment operator會被調用三次！那麼有什麼辦法可以壓抑限制一下基類的copy assignment operator嗎，比如像constructor中傳遞一個額外的參數？書中給出的答案是不行！但是爲什麼不行，我當時是左看右看都不明白！我想了想，還是先上傳書中的原話吧：

因爲自己看不懂的緣故，無奈之下，我去知乎求助，有幸遇到一位好心大牛的回覆，總算明白了一點。關鍵在於那句紅橫線的話“取copy assignment operator函數地址是合法的”，在徹底理解這句話的背後含義之前，讓我們先來回顧一下constructor的額外參數選構法：就是在隱式參數this後面，通過多傳遞一個叫做“_most_derived”的額外參數，利用它來判定要不要調用基類構造函數。同樣的類似方法，爲什麼不能適用於copy assignment operator呢？讓我們看一下上圖中作者給出的代碼，其中的第二句代碼，可以被轉換成如下形式：

Point3d& (Point3d::*pmf)(const Point3d&) = Point3d::operator=;

如果編譯器仿照constructor，給copy assignment operator裏面加一個額外的參數，那麼在給函數指針pmf聲明時參數列表裏面就應該加上一個bool型【因爲額外參數的類型很可能就是bool型】，所以上圖書中的那些代碼根本就編譯不通過。總之就是如果有額外參數的話，我們在聲明一個copy assignment函數指針的時候，參數表裏面不應該只有一個“const Point3d&”。C++先驅們很顯然不希望用戶們爲這個參數表而頭疼，所以就索性沒有仿照constructor的做法。。。

那麼是不是可以通過產生一些分化函數【split function】來解決這個問題呢？比如在編譯時將copy assignment operator分化爲兩個，讓它們的參數列表不同【有無額外參數】，一個用來對付函數指針問題，一個用來對付高效率拷貝問題。知乎大牛給出的回答是：符合語意！但是編譯出來的代碼體積將大大增加，也許會得不償失。

事實上，很多編譯器根本就不打算在這上面嘗試過多的努力，所以像我們上面的例子，那個Point類的copy assignment operator會被調用多次。大家並不在乎這些效率上的浪費，因爲C++標準都說了：我們並沒有規定那些代表virtual base class的subobject是否該被“隱喻定義（implicitly define）的copy assignment operator”指派內容一次以上。（C++ Standard，Section 12.8）

本文的最後，首先套用作者的話給大家一個建議：不要在任何virtual base class中聲明數據成員！其次，再套用知乎大牛的題外話作爲結束：

對象構造和對象複製，有很多類似的地方，但也需要注意它們的區別。《深度探索 C++ 對象模型》很多章節，都是先講述對象構造怎麼怎麼樣，再講述對象複製時怎麼樣。平時寫代碼也是，對象構造、複製、釋放，都需要特別注意。另外這本書有些術語似乎跟大陸的其術語不太一致，看的時候注意。比如書中常說的對象複製、對象拷貝，經常是指賦值。而我們大陸這邊，說對象複製，通常聯想到複製構造函數。英文就沒有歧義，一個是 copy assignment operator, 一個是 copy constructor。C++ 不斷爲舊特性打補丁，virtual 繼承這特性已入歧途。Point 的數據會重複是因爲使用了多重繼承，假如一開始就只有單繼承，並添加接口，就沒有之後的一系列問題。這些看似複雜的問題，是自己弄出來的。《深度探索 C++ 對象模型》這本書中，一旦涉及到 virtual 繼承，編譯器實現時就會有很多小花招，那些章節看起來也比較難懂。實際工程中不應該使用多繼承，而只使用“單繼承 + 接口”，接口概念在 C++ 中實現爲沒有數據的純虛類。這樣關於 virtual 一系列的章節，實際工程中沒有那麼重要。