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
", 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
", 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)
");
        init(i);
    }
    Test() {
        printf("Test()
");
        init(0);
    }
    void print() {
        printf("mi = %d
", mi);
    }
    ~Test() {
        printf("~Test()
");
    }
};


int main()
{
    printf("main begin
");
    
    Test().print();
    Test(10).print();
    
    printf("main end
");

    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
", i);
        mi = i;
    }
    Test(const Test& t)
    {
        printf("Test(const Test& t) : %d
", t.mi);
        mi = t.mi;
    }
    Test()
    {
        printf("Test()
");
        mi = 0;
    }
    int print()
    {
        printf("mi = %d
", mi);
    }
    ~Test()
    {
        printf("~Test()
");
    }
};

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
", 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
", this);
}

int main()
{
    Test t1(1);
    Test t2(2);
    Test t3(3);
    
    printf("t1.getMi() = %d
", t1.getMi());
    printf("&t1 = %p
", &t1);
    t1.print();
    
    printf("t2.getMi() = %d
", t2.getMi());
    printf("&t2 = %p
", &t2);
    t2.print();
    
    printf("t3.getMi() = %d
", t3.getMi());
    printf("&t3 = %p
", &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