分类： C/C++
2006-07-27 17:20:33
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。
在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。
