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C++解析(13)：临时对象与const对象

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0.目录

1.临时对象

2.const对象

3.类成员

4.小结

1.临时对象

一个有趣的问题——下面的程序输出什么？为什么？

#include <stdio.h>class Test {
int mi;
public:
Test(int i) {
mi = i;
}
Test() {
Test(0);
}
void print() {
printf("mi = %d\n", mi);
}
};int main()
{
Test t; t.print(); return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
mi = -1130582912
[root@bogon Desktop]# ./a.out
mi = -763375808
[root@bogon Desktop]# ./a.out
mi = 179227552
[root@bogon Desktop]# ./a.out
mi = 1452105392

发生了什么？

  • 程序意图——在Test()中以0作为参数调用Test(int i)，将成员变量mi的初始值设置为0
  • 运行结果——成员变量mi的值为随机值

构造函数是一个特殊的函数：

  • 是否可以直接调用？
  • 是否可以在构造函数中调用构造函数？
  • 直接调用构造函数的行为是什么？

答案：

  • 直接调用构造函数将产生一个临时对象
  • 临时对象的生命周期只有一条语句的时间
  • 临时对象的作用域只在一条语句中
  • 临时对象是C++中值得警惕的灰色地带

在实际的开发工程中，也许构造函数体的逻辑非常复杂，没有必要哪个构造函数都写一遍，采用代码复用的思想，提供一个私有的init()函数进行初始设置：

#include <stdio.h>class Test {
int mi; void init(int i)
{
mi = i;
}
public:
Test(int i) {
init(i);
}
Test() {
init(0);
}
void print() {
printf("mi = %d\n", mi);
}
};int main()
{
Test t; t.print(); return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
mi = 0

进一步证明临时对象的生命周期只有一条语句的时间：

#include <stdio.h>class Test {
int mi; void init(int i)
{
mi = i;
}
public:
Test(int i) {
printf("Test(int i)\n");
init(i);
}
Test() {
printf("Test()\n");
init(0);
}
void print() {
printf("mi = %d\n", mi);
}
~Test() {
printf("~Test()\n");
}
};int main()
{
printf("main begin\n"); Test().print();
Test(10).print(); printf("main end\n"); return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
main begin
Test()
mi = 0
~Test()
Test(int i)
mi = 10
~Test()
main end

编译器的行为——现代C++编译器在不影响最终执行结果的前提下，会尽力减少临时对象的产生！！！

#include <stdio.h>class Test
{
int mi;
public:
Test(int i)
{
printf("Test(int i) : %d\n", i);
mi = i;
}
Test(const Test& t)
{
printf("Test(const Test& t) : %d\n", t.mi);
mi = t.mi;
}
Test()
{
printf("Test()\n");
mi = 0;
}
int print()
{
printf("mi = %d\n", mi);
}
~Test()
{
printf("~Test()\n");
}
};Test func()
{
return Test(20);
}int main()
{
Test t = Test(10); // ==> Test t = 10;
Test tt = func(); // ==> Test tt = Test(20); ==> Test tt = 20; t.print();
tt.print(); return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
Test(int i) : 10
Test(int i) : 20
mi = 10
mi = 20
~Test()
~Test()

可以看到，并没有调用拷贝构造函数。因为现代C++编译器在不影响最终执行结果的前提下，会尽力减少临时对象的产生。因此直接将Test t = Test(10);优化为Test t = 10;，这样就少调用了一次构造函数，提高了程序效率！

2.const对象

关于const对象的疑问——const关键字能否修饰类的对象？如果可以，有什么特性？

  • const关键字能够修饰对象
  • const修饰的对象为只读对象
  • 只读对象的成员变量不允许被改变
  • 只读对象是编译阶段的概念，运行时无效

const修饰的对象为只读对象，不能修改成员变量，否则将报错：

#include <stdio.h>class Test
{
public:
int mj;
Test(int j);
};Test::Test(int j)
{
mj = j;
}int main()
{
const Test t(1); t.mj = 2; return 0;
}

报错信息为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
test.cpp: In function ‘int main()’:
test.cpp:19: error: assignment of data-member ‘Test::mj’ in read-only structure

C++中的const成员函数：

  • const对象只能调用const的成员函数
  • const成员函数中只能调用const成员函数
  • const成员函数中不能直接改写成员变量的值

const成员函数的定义：

Type ClassName::function(Type p) const

类中的函数声明与实际函数定义中都必须带const关键字。

const对象只能调用const的成员函数，否则会报错：

#include <stdio.h>class Test
{
int mi;
public:
Test(int i);
Test(const Test& t);
int getMi()const; // 函数声明处加上const
};Test::Test(int i)
{
mi = i;
}Test::Test(const Test& t)
{}int Test::getMi()const // 函数定义处加上const
{
return mi;
}int main()
{
const Test t(1); printf("t.getMi() = %d\n", t.getMi()); return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
t.getMi() = 1

3.类成员

关于类成员的疑问——成员函数和成员变量都是隶属于具体对象的吗？

从面向对象的角度：

  • 对象由属性（成员变量）和方法（成员函数）构成

从程序运行的角度：

  • 对象由数据和函数构成：
    1. 数据可以位于栈，堆和全局数据区
    2. 函数只能位于代码段

结论：

  • 每一个对象拥有自己独立的属性（成员变量）
  • 所有的对象共享类的方法（成员函数）
  • 方法能够直接访问对象的属性
  • 方法中的隐藏参数 this 用于指代当前对象

示例：

#include <stdio.h>class Test
{
int mi;
public:
int mj;
Test(int i);
Test(const Test& t);
int getMi();
void print();
};Test::Test(int i)
{
mi = i;
}Test::Test(const Test& t)
{
mi = t.mi;
}int Test::getMi()
{
return mi;
}void Test::print()
{
printf("this = %p\n", this);
}int main()
{
Test t1(1);
Test t2(2);
Test t3(3); printf("t1.getMi() = %d\n", t1.getMi());
printf("&t1 = %p\n", &t1);
t1.print(); printf("t2.getMi() = %d\n", t2.getMi());
printf("&t2 = %p\n", &t2);
t2.print(); printf("t3.getMi() = %d\n", t3.getMi());
printf("&t3 = %p\n", &t3);
t3.print(); return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out
t1.getMi() = 1
&t1 = 0x7fffe0431e30
this = 0x7fffe0431e30
t2.getMi() = 2
&t2 = 0x7fffe0431e20
this = 0x7fffe0431e20
t3.getMi() = 3
&t3 = 0x7fffe0431e10
this = 0x7fffe0431e10

可以看到，在类的成员函数当中，有一个隐含的参数，这个隐含的参数是一个指针，并且这个指针的值就是调用这个函数所对应的对象的地址。

4.小结

  • 直接调用构造函数将产生一个临时对象
  • 临时对象是性能的瓶颈，也是bug的来源之一
  • 现代C++编译器会尽力会避开临时对象
  • 实际工程开发中需要人为的避开临时对象
  • const关键字能够修饰对象，得到只读对象
  • 只读对象只能调用const成员函数
  • 所有对象共享类的成员函数
  • 隐藏的this指针用于表示当前对象