深度探索C++对象模型（9）

核心提示：介绍当编译一个C++程序时，计算机的内存被分成了4个区域，深度探索C++对象模型（9），一个包括程序的代码，一个包括所有的全局变量，好了今天很有收获，马上就会结束这本书的学习了，一个是堆栈，还有一个是堆（heap）,我们称堆是自由的内存区域

介绍

　　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。但是要注重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，这是我以前把握的关于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。 　　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，假如明确赋值，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，假如我们有以下定义

　　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编程时中发现假如int v2;v2的值不为0，而是-8，不知为什么？编译器造成的？）。 　　假如有一个全局对象，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便成为了判定对象是否被构造的标准。
　　4、根据判定的结果决定对象的析构函数是否执行。 　　假如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。但是要注重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，这是我以前把握的关于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&); //假如我们有一个函数

　　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。