条款17：理解特殊成员函数的生成

条款17：理解特殊成员函数的生成

什么是特殊成员函数？

特殊成员函数是指 编译器自动生成 的成员函数，主要包括：

• 默认构造函数（Default Constructor）
• 析构函数（Destructor）
• 拷贝构造函数（Copy Constructor）
• 拷贝赋值运算符（Copy Assignment Operator）

C++11 新增：

• 移动构造函数（Move Constructor）
• 移动赋值运算符（Move Assignment Operator）

只有当代码需要调用这些函数，但又没有显式声明时，编译器才会自动生成。

自动生成的规则和特征

• 自动生成的函数默认是 public 和 inline。
• 除析构函数外，它们通常是非虚函数。
• 只有在类未显式声明对应函数时才生成。
• 默认构造函数仅在类无任何用户声明构造函数时才生成。

移动构造函数和移动赋值运算符

函数签名示例：

class Widget {
public:
    Widget(Widget&& rhs);            // 移动构造函数
    Widget& operator=(Widget&& rhs); // 移动赋值运算符
};

• 移动操作会对类的非静态成员和基类部分调用对应成员的移动操作。
• 如果成员类型不支持移动，退化为拷贝。
• 声明一个移动操作，会阻止编译器生成另一个移动操作。

拷贝操作的规则

• 拷贝构造和拷贝赋值是相互独立的。
• 声明一个不会阻止另一个自动生成。

移动和拷贝操作的交互规则

• 声明拷贝操作会阻止移动操作的自动生成。
• 声明移动操作会阻止拷贝操作的自动生成（编译器将其设置为 delete）。

Rule of Three（三法则）

• 如果声明了拷贝构造、拷贝赋值或析构函数之一，应声明另外两个。
• 目的是保证资源管理正确（内存、文件等）。

移动操作生成的条件

编译器只会在满足下列条件时生成移动构造和移动赋值：

• 未声明拷贝构造函数、拷贝赋值运算符
• 未声明移动构造函数、移动赋值运算符
• 未声明析构函数

析构函数与移动操作

声明析构函数会阻止移动操作生成，但不会阻止拷贝操作生成。

这可能导致性能问题，因为：

• 移动请求被转化为拷贝操作。
• 例如包含大量数据的容器类，拷贝比移动慢很多。

解决办法：显式声明并默认实现移动和拷贝操作。

示例详解

用户声明析构函数，阻止移动生成

class StringTable {
public:
    StringTable() { /* 构造函数 */ }

    ~StringTable() { 
        // 自定义析构，阻止移动操作自动生成
        makeLogEntry("Destroying StringTable object");
    }

private:
    std::map<int, std::string> values;
};

• 这里编译器不会生成移动构造和移动赋值。
• 移动请求会转为拷贝操作，性能可能严重下降。

解决方式：显式默认特殊成员函数

class StringTable {
public:
    StringTable() {}

    ~StringTable() { 
        makeLogEntry("Destroying StringTable object");
    }

    StringTable(StringTable&&) = default;            // 显式允许移动构造
    StringTable& operator=(StringTable&&) = default; // 显式允许移动赋值

    StringTable(const StringTable&) = default;       // 显式允许拷贝构造
    StringTable& operator=(const StringTable&) = default; // 显式允许拷贝赋值

private:
    std::map<int, std::string> values;
};

• 保留了自定义析构功能。
• 同时允许移动和拷贝操作自动生成，性能恢复。

多态基类示例

class Base {
public:
    virtual ~Base() = default;           // 虚析构函数，允许通过基类指针删除派生类对象

    Base(Base&&) = default;              // 支持移动构造
    Base& operator=(Base&&) = default;  // 支持移动赋值

    Base(const Base&) = default;         // 支持拷贝构造
    Base& operator=(const Base&) = default; // 支持拷贝赋值
};

移动与拷贝声明示例

class Widget {
public:
    Widget(const Widget&) = delete;      // 禁止拷贝构造
    Widget& operator=(const Widget&) = delete; // 禁止拷贝赋值

    Widget(Widget&&) = default;          // 默认移动构造
    Widget& operator=(Widget&&) = default; // 默认移动赋值
};

复杂情况：成员模板不会阻止特殊成员生成

class Widget {
public:
    template<typename T>
    Widget(const T& rhs);                 // 模板构造函数

    template<typename T>
    Widget& operator=(const T& rhs);     // 模板赋值运算符
};

• 这些模板版本的构造函数和赋值运算符，不会阻止编译器生成默认的 拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、移动构造函数 和 移动赋值运算符，只要其他自动生成的条件都满足。
• 因为模板函数只有在被实例化（即被真正用到）时，才算真正“存在”。
• 这条规则能防止因为模板存在而意外屏蔽掉重要的默认行为（比如你没写拷贝构造，但因为写了模板而被“误当成已有构造函数”）。这在 C++11 之后是一个明确设计。

总结

• 特殊成员函数是编译器自动生成的六个成员函数。
• 移动操作生成规则更严格，声明拷贝或析构函数会阻止生成。
• 拷贝构造和拷贝赋值是相互独立的。
• 用户声明析构函数会阻止移动操作生成，可能导致性能下降。
• 显式用 = default 声明特殊成员函数是良好习惯，表达意图，避免隐式错误。
• 模板成员函数不会阻止特殊成员函数生成。