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深度探索C++对象模型(9)

点滴 admin 6年前 (2013-11-26) 2155次浏览 已收录 扫描二维码

这一章主要是说Runtime Semantics执行期语义学。

这是我们平时写的程序片段:
Matrix identity; //一个全局对象
Main()
{
Matrix m1=identity;
……
return 0;
}
很常见的一个代码片段,雷神从来没有考虑过identity如何被构造,或者如何被销毁。因为它肯定在Matrix m1=identity之前就被构造出来了,并且在main函数结束前被销毁了。我们不用考虑这些问题,好象C++++就应该这样。但这本书是研究C++++底层机制的。既然我们在看这本书,说明我们希望了解C++++的编译器又做了那些大量的工作,使得我们可以这样使用对象。

C++++程序中所有的全局对象都被放在data segment中,如果明确赋值,则对象以该值为初值,否则所配置到内存内容为0。也就是说,如果我们有以下定义
Int v1=1024;
Int v2;
则v1和v2都被配置于data segment,v1值为1024,v2值为0。(雷神在VC6环境用MFC编程时中发现如果int v2;v2的值不为0,而是-8,不知为什么?编译器造成的?)。

如果有一个全局对象,并且这个对象有构造函数和析构函数的话,它需要静态的初始化操作和内存释放工作,C++++是一种跨平台的编程语言,因此它的编译器需要一种可以移植的静态初始化和内存释放的方法。下面便是它的策略。
1、为每一个需要静态初始化的档案产生一个_sit()函数,内带构造函数或内联的扩展。
2、为每一个需要静态的内存释放操作的文件中,产生一个_std()函数,内带析构函数或内联的扩展。
3、提供一个_main()函数,用来调用所有的_sti()函数,还有一个exit()函数调用所有的_std()函数。
侯先生说:
Sit可以理解成static initialization的缩写。
Std可以理解成static deallocation的缩写。
那么main函数会被编译器变成这样:
Matrix identity; //一个全局对象
Main()
{
_main();//对所有的全局对象做static initialization动作。
Matrix m1=identity;
……
exit();//对所有的全局对象做static deallocation动作。
}
其中_main()会有一个对identity对象的静态初始化的_sti函数,象下面伪码这样:
// matrix_c是文件名编码_identity表示静态对象,这样能够保证向执行文件提供唯一的识别符号
_sti__matrix_c_identity()
{
identity.Matrix:: Matrix(); //这就是静态初始化
}
相应的在exit()函数也会有一个_std_matrix_c_identity(),来进行static deallocation动作。
但是被静态初始化的对象有一些缺点,在使用异常时,对象不能被放置在try区段内。还有对象的相依顺序引出的复杂度,因此不建议使用需要静态初始化的全局对象。

局部静态对象在C++++底层机制是如何构造和在内存中销毁的呢?
1、导入一个临时对象用来保护局部静态对象的初始化操作。
2、第一次处理时,临时对象为false,于是构造函数被调用,然后临时对象被改为true.
3、临时对象的true或者false便成为了判断对象是否被构造的标准。
4、根据判断的结果决定对象的析构函数是否执行。

如果一个类定义了构造函数或者析构函数,则当你定义了一个对象数组时,编译器会通过运行库将你的定义进行加工,例如:
point knots[10]; //我们的定义
vec_new(knots,sizeof(point),10,point::point,0); //编译器调用vec_new()操作。

下面给出vec_new()原型,不同的编译器会有差别。
void * vec_new(
void *array, //数组的起始地址
size_t elem_size,//每个对象的大小
int elem_count,//数组元素个数
void(*constructor)(void*),
void(*destructor)(void* ,char)
)
对于明显获得初值的元素,vec_new()不再有必要,例如:
point knots[10]={
Point(),//knots[0]
Point(1.0,1.0,0.5), //knots[1]
-1.0 //knots[2]
};
会被编译器转换成:
//C++++伪码
Point::Point(knots[0]);
Point::Point(knots[1],1.0,1.0,0.5);
Point::Point(knots[2],-1.0,0.0,0.0);
vec_new(knots,sizeof(point),10,point::point,0); //剩下的元素,编译器调用vec_new()操作。
怎么样,很神奇吧。

当编译一个C++++程序时,计算机的内存被分成了4个区域,一个包括程序的代码,一个包括所有的全局变量,一个是堆栈,还有一个是堆(heap),我们称堆是自由的内存区域,我们可以通过new和delete把对象放在这个区域。你可以在任何地方分配和释放自由存储区。但是要注意因为分配在堆中的对象没有作用域的限制,因此一旦new了它,必须delete它,否则程序将崩溃,这便是内存泄漏。(C++#已经通过内存托管解决了这一令人头疼的问题)。C++++通过new来分配内存,new的参数是一个表达式,该表达式返回需要分配的内存字节数,这是我以前掌握的关于new的知识,下面看看通过这本书,使我们能够更进一步的了解到些什么。
Point3d *origin=new Point3d; //我们new 了一个Point3d对象
编译器开始工作,上面的一行代码被转换成为下面的伪码:
Point3d * origin;
If(origin=_new(sizeof(Point3d)))
{
try{
origin=Point3d::Point3d(origin);
}
catch(…){
_delete(origin);
throw;
}
}
而delete origin;
会被转换成(雷神将书上的代码改为exception handling情况):
if(origin!=0){
try{
Point3d::~Point3d(origin);
_delete(origin);
catch(…){
_delete(origin); //不知对否?
throw;
}
}
一般来说对于new的操作都直截了当,但语言要求每一次对new的调用都必须传回一个唯一的指针,解决这个问题的办法是,传回一个指针指向一个默认为size=1的内存区块,实际上是以标准的C的malloc()来完成。同样delete也是由标准C的free()来完成。原来如此。

最后这篇笔记再说说临时对象的问题。
T operator+(const T,const T); //如果我们有一个函数
T a,b,c; //以及三个对象:
c=a+b;
//可能会导致临时对象产生。用来放置a+b的返回值。然后再由T的copy constructor把临时对象当作c的初值。也有可能直接由拷贝构造将a+b的值放到c中,这时便不需要临时对象。另外还有一种可能通过操作符的重载定义,经named return value优化也可以获得c对象。这三种方法结果一样,区别在于初始化的成本。对临时对象书上有很好的总结:
在某些环境下,有processor产生的临时对象是有必要的,也是比较方便的,这样的临时对象由编译器决定。
临时对象的销毁应该是对完整表达式求值过程的最后一个步骤。
因为临时对象是根据执行期语义有条件的产生,因此它的生命规则就显得很复杂。C++++标准要求凡含有表达式执行结果的临时对象,应该保留到对象的初始化操作完成为止。当然这样也会有例外,当一个临时对象被一个引用绑定时,对象将残留,直到被初始化的引用的生命结束,或者超出临时对象的作用域。

好了今天很有收获,马上就会结束这本书的学习了。下一章的标题 站在对象模型的尖端 我有些迫不及待了。

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关于作者:
少将,关注Web全栈开发、项目管理,持续不断的学习、努力成为一个更棒的开发,做最好的自己,让世界因你不同。