执行期语意学

6.1 对象的构造和析构

一般而言，constructor和destructor的安插都如你预期的那样： { Point point; //point.Point::Point()一般而言放在这里 ... //point.Point::~Point()一般而言放在这里 } 如果一个区段（以{}括起来的区域）或函数中由一个以上的离开点，情况就不同了。Destructor必须被放在每一个离开点（当时object还存活）之前，比如： { Point point; //constructor在这里行动 switch (int(point.x())) { case -1: //destructor在这里 return; case 0: //destructor在这里 return; case 1: //destructor在这里 return; case default: //destructor在这里 return; } //destructor在这里 } 在这个例子中，point的destructor必须在switch指令4个出口的return操作前被生成出来。另外也很有可能在这个区段的结束符号（右大括号）之前被生成出来。 再看下面这个例子： { if (cache) return 1; Point xx; //xx的constructor在这里行动 if (xx == value) //xx的destructor在这里行动 return 1; else //xx的destructor在这里行动 return 0; } Destructor调用操作必须放在最后两个return指令之前，但是却不必放在第一个return之前，因为那时object尚未被定义出来。 一般而言会把object尽可能放置在使用它的哪个程序区段附近，这么做可以节省非必要对象产生操作和摧毁操作。以本例为例，如果在检查cache之前就定义了Point object，那就不够理想。很多次需要在使用C++的时候，仍然习惯把所有objects放在函数或某个区段的起始处（include me ）。

全局对象

如果有以下程序片段：

Matrix identity; main() { //identity必须在此处被初始化 Matrix m1 = identity; return 0; }C++保证，一定会在main()函数中第一次用到identity之前，把identity构造出来，而在main()函数结束之前把identity摧毁掉。像identity这样的所谓的global obgect如果有constructor和destructor的话，我们就说它需要静态的初始化操作和内存释放操作。

 C++程序中所有的global objects都被放置在程序的data segment中.如果明确指定给它一个值,object将以该值为初值.否则object所配置到的内存内容为0.因此在下面这段码中:

int v1 = 1024; int v2;  v1和v2都被配置于程序的data segment,v1值为1024,v2值为0(这和C略有不同,C并不自动设定初值)。虽然 class object在编译时期可以被放置于data segment中并且内容为0,但constructor一直要到程序激活(startup)时才会实施.必须对一个"放置于program data segment中的object的初始化表达式"做评估,这正是为什么一个object需要静态初始化的原因。

下面是静态初始化方法：

 1.为每一个需要静态初始化的档案产生一个_sti()函数,内带必要的constructor调用操作或 inline expansions.例如前面所说的identity对象会在matrix.c中产生出下面的_sti()函数(sti可能是 static initialization的缩写):

__sti__matrix_C__identity() { identity.Matrix::Matrix(); // 这就是 static initialization } 其中matrix_c是文件名编码,_identity表示文件中所定义的第一个 static object.在__sti之后附加上这两个名称,可以为可执行文件提供一个独一无二的识别符号.  2.类似情况,在每一个需要静态的内存释放操作(static deallocation)的文件组宏,产生出一个__std()函数(std可能是 static deallocation的缩写),内带必要的destructor调用操作,或是其 inline expansions.在例子中会有一个__std()函数被产生出来,针对identity对象调用Matrix destructor.  3.提供一组runtime library "munch"函数:一个_main()函数(用以调用可执行文件中的所有的__sti()函数),以及一个exit()函数(以类似方式调用所有的__std()函数).

局部静态对象

  假设有以下程序片段:

const Matrix &identity() { static Matrix mat_identity; // ... return mat_identity; }Local static class object保证了什么样的语意? mat_identity的constructor必须只能施行一次,虽然上述函数可能会被调用多次. mat_identity的destructor必须只能施行一次,虽然上述函数可能会被调用多次. 编译器的策略之一就是,无条件地在程序起始(startup)时构造出对象,然而这会导致所有的 local static class objects都在程序起始时被初始化,即使它们所在的那个函数从不曾被调用过.因此,只在identity()被调用时才把mat_identity构造出来,是比较好的做法. 首先导入一个临时性对象以保护mat_identity的初始化操作.第一次处理identity()时,这个临时对象被评估为 false,于是constructor会被调用,然后临时对象被改为 true.这样就解决了构造的问题,而在相反的那一端,destructor也需要有条件地施行与mat_identity身上,但只有在mat_identity已经被构造起来时才算数.要判断mat_identity是否被构造出来,很简单, 如果那个临时对象为 true,就表示构造好了.

对象数组

   假设有下列的数组定义:

Point knots[10];     需要完成什么呢?如果Point既没有定义一个constructor也没有定义一个destructor,那么工作不会比建立一个"内建(build-in)类型所组成的数组"更多,也就是说,只需配置足够的内存以储存10个连续的Point元素.     然而Point的确定义了一个 default destructor,所以这个destructor必须轮流施行于每一个元素上.一般而言这是经由一个或多个runtime library函数达成.在cfront中,使用一个被命名为vec_new()的函数,产生出以 class objects 构造而成的数组.新近的编译器则提供两个函数一个用来处理"没有virtual base class"的 class,另一个用来处理"内带virtual base class"的 class.后一个函数通常被称为 vec_vnect.函数类型通常如下: void *vec_new() { void *array, // 数组起始地址 size_t elem_size, // 每一个class object的大小 int elem_count; // 数组中的元素数目 void (*constructor)(void *), void (*destruction)(void *, char) }     其中constructor和destructor参数是这个 class 的default construct和default destructor的函数指针.     参数array带有的若不是具名数组(本例为knots) 的地址,就是0.如果是0,那么数组将经由应用程序的 new 运算符,被动态配置于heap中.      参数elem_size表示数组中的元素大小(书上翻译为元素数目可能有误).在vec_new中,constructor施行于elem_count个元素上.对于支持exception handling的编译器而言,destructor的提供是必要的.下面是编译器可能针对10个Point元素所做的vec_new()调用操作: Point knots[10]; vec_new(&knots, sizeof(Point), 10, &Point::Point, 0);     如果Point也定义了一个destructor,当knots的生命结束时,该destructor也必须施行于那10个Point元素上.这是一个经由一个类似的 vec_delete()的runtime library函数完成的,其 函数类型如下: void *vec_delete{ void *array, // 数组起始地址 size_t elem_size, // 每一个class object的大小 int elem_count, // 数组中的元素数目 void (*destructor)(void *, char) }     有些编译器会另外增加一些参数,用以传递其他数值,以便能有条件地导引vec_delete()的逻辑,在vec_delete()中,destructor被施行于elem_count个元素上.     如果程序员提供一个或多个明显初值给一个由 class objects组成的数组,像下面这样,会如何? Point knots[10] = { Point, //明显获得初值的 Point(1.0, 1.0, 0.5), //明显获得初值的元素 -1.0 //明显获得初值的元素 };     对于那些明显获得初值的元素,vec_new不再有必要.对于那些尚未被初始化的元素,vec_new()的施行方式就像面对"由class elements组成的数组,而该数组没有explicit initialization list"一样,因此上一个定义很可能被转换为: Point knots[10]; // 明确地初始化前3个元素 Point::Point(&knots[0]); Point::Point(&knots[1], 1.0, 1.0, 0.5); Point::Point(&knots[2], -1.0, 0.0, 0.0); // 以vec_new初始化后7个元素 vec_new(&knots+3, sizeof(Point), 7, &Point::Point, 0);

6.2 new和delete运算符

运算符new的使用，看起来似乎是个单一运算，比如

int *pi=new int(5);

但事实上它是由两个步骤完成的：

1.通过适当的new运算符函数实例，配置所需的内存：

//调用函数库中的new运算符

int *pi=__new(sizeof(int));

2.将配置得来的对象设立初值：

*pi=5;

delete运算符的情况类似，delete pi;

相当于是：

if(pi!=0)

__delete(pi);

注意：在C++中，new运算符实际上总是以标准的C malloc()完成，虽然并没有规定一定得这么做不可。相同情况下，delete运算符也总是以标准的C free()完成。

针对数组的new语意

int *p_array=new int[5]; vec_new()不会真正被调用，因为它的主要功能是把default constructor施行于class objects所组成的数组的每一个元素身上。倒是new运算符函数会被调用： int *p_array=(int*)__new(5*sizeof(int)); 相同情况，如果我们写： struct simple_aggr { float f1, f2; }; simple_aggr *p_aggr = new simple_aggr[5]; vec_new()也不会被调用，因为simple_aggr并没有定义一个constructor或destructor，所以配置数组以及清除p_aggr数组的操作，只是单纯地获得内存和释放内存而已。这些操作由new和delete运算符来完成就行了。 然而，如果class定义了一个default construct，vec_new()就会被调用，配置并构造class objects所组成的数组。 在delete数组时，可以这样写： delete [] p_array; 在编译器内部，应如何记录元素个数呢？一个明显的方法是为vec_new()所传回的每一个内存区块配置一个额外的word，然后把元素个数包藏在那个word之中。通常这种被包藏的数值称为cookie。另一种是维护一个联合数组，用于放置指针及大小。

Placement Operator new的语意

placement new：只是operator new重载的一个版本。它并不分配内存，只是返回指向已经分配好的某段内存的一个指针。因此不能删除它，但需要调用对象的析构函数。 如果你想在已经分配的内存中创建一个对象，使用new时行不通的。也就是说placement new允许你在一个已经分配好的内存中（栈或者堆中）构造一个新的对象。原型中void* p实际上就是指向一个已经分配好的内存缓冲区的的首地址。

调用方式如下：

Point2w *ptw=new(arena)Point2w;

函数形式是：

void *operator new(size_t,void *p) { return p; } 事实上这只是所发生操作的一半而已。另外一半无法由程序员产生出来。

Placement new operator所扩充的另一半是将Point2w constructor自动实施于arena所指的地址上：

Point2w *ptw = (Point2w*)arena; if (ptw != 0) ptw->Point2w::Point2w(); 这正是placement operator new牛逼的地方，这段代码决定objects被放置在哪里；编译器保证object的constructor会施行于其上。

注意下面这个问题：

void fooBar() { Point2w *p2w = new(arena)Point2w; p2w = new(arena)Point2w; } 如果placement operator在原已存在的一个object上构造新的object，而该既存的object有destructor，这个destructor并不会被调用。调用gaidestructor的方法之一是将那个指针delete掉。不过这是个严重的错误：

delete p2w;

p2w=new(arena)Point2w;

如上操作，delete运算符会发生作用，这是我们所期待的。但是它也会释放由p2w所指的内存，这却不是我们所希望的，因为后面那条语句马上就会用到p2w了。因此，正确的方法是显示地调用destructor并保留存储空间以便再次使用。

p2w->~Point2w;

p2w=new(arena)Point2w;