Item 5：了解 C++ 默默编写并调用哪些函数

从“空 class 并不是什么都没有”开始

class Empty {};

源码没有声明函数，但在被需要且满足规则时，编译器可能为它声明并定义默认构造、析构、复制构造和复制赋值。原书 Item 5 要求先知道

compiler-generated functions，

否则接口会在没有显式设计的情况下获得复制、赋值或销毁能力。 Know what functions C++ silently writes and calls（了解 C++ 默默编写并调用哪些函数）要求把这些隐式能力当成真实 public 接口审查，而不是把源码中“没写”误认为类型“不支持”。

现代 C++ 还包括 move constructor 和 move assignment，因此应在原书四项基础上审查六项。

隐式声明不等于一定可调用

与

要区分。某操作可在重载集合出现，却因成员不可复制而被定义为 deleted。

struct Record {
    const int id;
    std::string name;
};
 
static_assert(std::is_copy_constructible_v<Record>);
static_assert(!std::is_copy_assignable_v<Record>);

copy constructor 可直接初始化 id，copy assignment 却不能重新赋值 const member。

现代 = delete 能显式表达相同结果，Item 6 将专门处理不想要的生成函数。

default constructor 何时出现

只有类没有用户声明任何构造函数时，编译器才隐式声明默认构造。声明一个带参数构造并不会自动再送一个无参版本。

class Endpoint {
public:
    explicit Endpoint(std::string address)
        : address_{std::move(address)} {}
private:
    std::string address_;
};
 
static_assert(!std::is_default_constructible_v<Endpoint>);

隐式默认构造会依次默认初始化基类和成员；若某成员没有默认构造，整体默认构造被删除。

即使写 T() = default 也属于显式决定接口，而不是“编译器没管”。

destructor 不会自动变 virtual

隐式析构会调用每个成员与基类析构，但不会因为类有 virtual 函数就自动成为 virtual。

struct Interface {
    virtual void run() = 0;
    // ~Interface() 非 virtual，若经 Interface* delete 派生对象会出错
};

必须由设计者声明。Item 7 会深入这一约束。

隐式 copy 是 memberwise copy

与

默认实现不是逐字节 memcpy，而是先复制基类，再按声明顺序对成员执行对应复制操作。

struct NamedCounter : CounterBase {
    std::string name;
    std::array<int, 4> buckets;
    Observer* observer;
};

生成 copy constructor 调用 CounterBase copy constructor、std::string 和 std::array copy constructor，并复制 observer 地址。它不知道 observer 是借用还是所有权。

raw pointer 被浅复制不是编译器 bug，而是类型没有表达资源语义。

子对象能力决定整体能力

若任何必要 subobject 操作被删除、不可访问或有歧义，外层对应特殊成员也不可用。

class NonCopyable {
public:
    NonCopyable() = default;
    NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;
};
 
struct Service {
    NonCopyable token;
};
 
static_assert(!std::is_copy_constructible_v<Service>);

编译器不会绕过成员契约。组合自然传播不可复制、不可默认构造等能力。

引用成员阻断赋值

copy construction 可以让新引用绑定源引用所指对象；copy assignment 无法决定是修改所指对象还是重新绑定，因此生成赋值通常 deleted。

struct View {
    Buffer& buffer;
    std::size_t offset{};
};
 
static_assert(std::is_copy_constructible_v<View>);
static_assert(!std::is_copy_assignable_v<View>);

这可能正是 view 类型语义，也可能说明 reference member 不适合。不能只为让 trait 变 true 而写含糊赋值。

现代 move 生成规则

通常只有类没有用户声明 copy constructor、copy assignment、move constructor、move assignment 和 destructor 时，编译器才隐式声明 move 操作。

struct Payload {
    std::vector<std::byte> bytes;
};
 
static_assert(std::is_move_constructible_v<Payload>);
static_assert(std::is_nothrow_move_constructible_v<Payload>);

尤其“只写一个空析构”可能让容器重分配回落到 copy。原书年代没有 move，但理解“编译器默默写什么”在现代必须包含这一变化。

move 可能调用 copy

“类型 is_move_constructible 为 true”不一定表示发生廉价资源转移，因为 copy constructor 也可接受右值。

struct CopyOnly {
    CopyOnly() = default;
    CopyOnly(const CopyOnly&) {}
};
 
static_assert(std::is_move_constructible_v<CopyOnly>); // 可由 copy 接受右值

需要用计数器或性能测试确认行为，不只看 trait 名称。noexcept 也影响 vector 是否愿意移动元素。

只有真实不抛时才声明 noexcept。

rule of zero 优先

class Report {
public:
    Report(std::string title, std::vector<Row> rows)
        : title_{std::move(title)}, rows_{std::move(rows)} {}
private:
    std::string title_;
    std::vector<Row> rows_;
};

string/vector 已定义正确复制、移动和析构，Report 的 compiler-generated functions 组合出正确值语义。

让编译器生成函数成为可依赖工具，而非风险。

何时需要 rule of five

不是要求五个都手写，而是五个都做决定：= default、= delete 或自定义。独占 owner 通常删除 copy、默认/自定义 move；共享资源先明确复制是共享还是深拷贝；身份对象可能全部删除。

对它禁止复制比伪造复制语义更正确。

编译期与运行期双重验证

static_assert(std::is_default_constructible_v<T> == expectedDefault);
static_assert(std::is_copy_constructible_v<T> == expectedCopy);
static_assert(std::is_copy_assignable_v<T> == expectedCopyAssign);
static_assert(std::is_move_constructible_v<T> == expectedMove);
static_assert(std::is_nothrow_move_constructible_v<T> == expectedNoThrowMove);

traits 证明接口可用性，不证明深拷贝、单次释放或 moved-from 行为。运行期用 InstrumentedMember 统计每个 base/member 的 ctor/copy/move/assign/dtor，并注入异常。

先预测：给一个 rule-of-zero 类添加空 destructor 后，哪些 traits 仍可能为 true，真实 move 是否会回落 copy？运行 vector 重分配计数测试验证。

• 默认构造后所有成员不变量成立。
• copy 后修改目标不影响源，或按文档共享。
• self-assignment 与异常路径保持合法状态。
• move 后目标拥有资源，源可析构和重新赋值。
• 每个资源在所有对象销毁后恰好释放一次。

小结

• 空 class 也可能拥有 compiler-generated default ctor、destructor、copy ctor 和 copy assignment
• 现代 C++ 还需审查 move ctor/assignment，用户声明 copy/move/destructor 会影响生成
• 隐式操作逐个调用 base/member 对应操作，raw pointer 只复制地址
• const/reference 或 deleted/inaccessible 子操作会让整体操作不可用
• rule of zero 让资源语义由成员组合；直接管理资源时系统决定 rule of five
• type traits 只证明可调用性，资源与性能语义还需运行期计数和失败注入