C++解析(13)：临时对象与const对象

时间：2023-03-08 15:35:51
C++解析(13)：临时对象与const对象

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

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