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5.4 对象的效率 (Object Efficiency)
在以下的效率测试中,对象构造和拷贝所需要的成本是以Point3d class声明为基准,从简单形式逐渐到复杂形式,包括Plain Ol‘ Data,抽象数据类型(ADT),单一继承,多重继承,虚拟继承,以下函数是测试的主角:
Point3d lots_of_copies(Point3d a, Point3d b) {
Point3d pC = a;
pC = b; // 1
b = a; // 2
return pC;
} 它内带四个memberwise初始化操作,包括两个参数,一个返回值以及一个局部对象pC,它也内带两个memberwise拷贝操作,分别是1和2的pC和b.main()函数如下:
main() {
Point3d pA(1.725, 0.875, 0.478);
Point3d pB(0.315, 0.317, 0.838);
Point3d pC;
for (int iters = 0; iters < 10000000; iters++)
pC = lots_of_copies(pA, pB);
return 0;
} 在最初两个程序中,数据类型是一个 struct 和一个拥有 public 数据的 class;
struct Point3d { float x, y, z; };class Point3d { public: float x, y, z; }; 对pA和pB的初始化操作是通过 explicit initialization list来进行的:
Point3d pA = {1.725, 0.875, 0.478};Point3d pB = {0.315, 0.317, 0.838}; 这两个操作表现出bitwise copy语意,所以应该可以预期它们的执行有最好的效率.
"memberwise"初始化操作和拷贝操作(Initialization and Copy): Public Data Members和Bitwise Copy Semantics.
CC的效率比较好,是因为NCC循环中产生了六个额外的汇编语言指令.这个额外负担并不会反映出任何特定的C++语意,这两个编译器的"中间C输出"大致是相等的.
5.5 解构语意学 (Semantics of Destruction)
如果 class 没有定义destructor,那么只有在 class 内带的member object(或是 class 自己的base class)拥有destructor的情况下,编译器才会自动合成出一个.否则,destructor会被视为不需要,也就不需被合成(当然更不需要被调用).例如,Point,默认情况下就没有被编译器合成出一个destructor--虽然它拥有一个 virtual function:
class Point {
public:
Point(float x = 0.0, float y = 0.0);
Point(const Point &);
virtual float z();
private:
float _x, _y;
};
类似的道理,如果把两个Point对象组合成一个Line class:
class Line {
public:
Line(const Point &, const Point &);
virtual draw();
protected:
Point _begin, _end;
};
Line也不会拥有一个合成出来的destructor,因为Point并没有destructor.
当从Point派生出Point3d(即便是一种虚拟派生关联)时,如果没有声明一个destructor,编译器就没有必要合成一个destructor.
不论Point或Point3d,都不需要destructor,为它们提供一个destructor反而不符合效率.应该拒绝那种"对称策略"的想法:"已经定义了一个constructor,所以感觉必须提供一个destructor".事实上,应该"需要"而非"感觉"来提供destructor,更不要因为不确定是否需要一个destructor,于是就提供它.
为了决定 class 是否需要一个程序层面的destructor(或是constructor),请想想一个
class object的生命在哪里结束(开始)?需要什么操作才能保证对象的完整?这是写程序时比较需要了解的.这也是constructor和destructor什么时候起作用的关键.例如,已知:
{
Point pt;
Point *p = new Point3d;
foo(&pt, p);
delete p;
} 可以看到,pt和p在作为foo()函数的参数之前,都必须先初始化为某些坐标值.这时候需要一个constructor,否则使用者必须明确地提供坐标值.一般而言,class 的使用者没办法检验一个local变量或heap变量以知道它们是否被初始化.把constructor想象为程序的一个额外负担是错误的,因为它们的工作有其必要性.如果没有它们,抽象化的使用就会有错误的倾向.
当明确地 delete 掉p时会如何呢?在任何程序上必须处理的吗?是否需要在 delete 之前这么做:
p->x(0);
p->y(0);
不,当然不需要.没有任何理由说明在 delete 一个对象之前先得将其内容清除干净.也不需要归还任何资源.在结束pt和p的生命之前,没有任何"class使用者层面"的程序操作是绝对必要的,因此,也就不一定需要一个destructor.
然而考虑Vertex class,它维护了一个由紧邻的"顶点"所形成的链表,并且当一个顶点的生命结束时,在链表上来回移动以完成删除操作.如果这正是程序员所需要的,那这就是Vertex destructor的工作.
当从Point3d和Vertex派生出Vertex3d时,如果不供应一个 explicit Vertex3d destructor,那么还是希望Vertex destructor被调用,以结束一个Vertex3d object.因此,编译器必须合成一个Vertex3d destructor,其唯一的任务就是调用Vertex destructor.如果提供一个Vertex3d destructor,编译器会扩展它,使它调用Vertex destructor.一个由程序员定义的destructor被扩展的方式类似constructors被扩展的方式,但顺序相反:
1.如果object内带一个vptr,那么首先重设(reset)相关的 virtual table.
2.destructor的函数本身现在被执行,也就是说vptr会在程序员的码执行前被重设(reset).
3.如果 class 拥有member class objects,而后者拥有destructors,那么它们会以声明顺序的相反顺序被调用.
4.如果有任何直接的(上一层)nonvirtual base classes拥有destructor,它们会以其声明顺序的相反顺序被调用.
5.如果有任何的 virtual base classes拥有destructor,而当前讨论的这个 class 是最尾端(most-derived)的 class,那么它们会以其原来的构造顺序的相反顺序被调用.
(这个顺序似乎有问题,应该为2,3,1,4,5.其中1在2,3之后)
就像constructor一样,目前对于destructor的一种最佳实现策略就是维护两份destructor实体:
1.一个complete object实体,总是设定好vptr,并调用 virtual base class destructors.
2.一个base class subobject实体:除非在destructor函数中调用一个 virtual function,否则它绝不会调用 virtual base class destructors并设定vptr.
一个object的生命结束于其destructor开始执行之时,由于每一个base class destructor都轮番被调用,所以derived class 实际上变成了一个完整的object.例如一个PVertex对象归还其内存空间之前,会依次变成一个Vertex3d对象,一个Vertex对象,一个Point3d对象,最后成为一个Point对象.当在destructor中调用member
functions时,对象的蜕变会因为vptr的重新设定(在每一个destructor中,在程序员所提供的代码之前)而受到影响.在程序中实施destructor的真正语言将在第6章详述.
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C++对象模型——解构语意学(第五章)
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