第5章：构造、析构与复制语义

从“接口声明决定对象能否安全活完一生”开始

constructor/destructor 不是独立函数；它们维护 object 从“不存在”到“各 subobject 有效”再回到“不存在”的状态机。先预测一个带 pure virtual destructor 的 abstract base 是否可以不给 destructor body：derived teardown 最终仍要调用 base destructor，所以“纯虚”禁止直接实例化，却不取消 base cleanup definition 的责任。

重新审视 Class Declaration

Presence of a Pure Virtual Destructor

polymorphic base 若允许通过 base pointer 销毁 dynamic derived object，destructor 必须 virtual。它也可以 pure virtual 以表达 interface 不应直接实例化，但仍要定义，因为 destruction chain 总会进入 base subobject teardown。

struct Shape {
    virtual double area() const = 0;
    virtual ~Shape() = 0;
};
 
Shape::~Shape() = default;
 
struct Circle final : Shape {
    double area() const override { return 1.0; }
};

Presence of a Virtual Specification

不是所有 operation 都应 virtual。virtual 适合 base contract 允许 dynamic replacement 的点；nonvirtual operation 可封装 invariant 并调用 protected virtual hook。无差别 virtual 会扩大 override surface、引入 polymorphic representation，并让 construction/destruction 期间的行为更难推导。

Presence of const within a Virtual Specification

double area() const 与 double area() 是不同 member-function types。derived 必须写匹配的 const 才 override；override 关键字把错误变成 compile-time diagnostic。const member 接收 const object view，但不自动保证 thread safety，也不代表 physical bytes 永远不变。

“reconsidered class declaration” 的目标是让 destructor policy、override points、const contract 与 data ownership 一起可审计，而不是先写 hierarchy，再让 compiler-generated lifetime work 猜测设计意图。

5.1 Object Construction without Inheritance

Abstract Data Type

对于没有 inheritance 的 abstract data type，construction 仍分为 member initialization 与 body。initializer list 直接选择 member constructors；body 运行时 members 已经有效。若 class 有 virtual functions，常见 ABI 还要在适当位置建立 vptr，使 body 中的 virtual call 表现为当前 class。

class Buffer {
public:
    explicit Buffer(std::size_t size)
        : data_(size), checksum_(compute(data_)) {}
 
private:
    std::vector<std::byte> data_;
    std::uint64_t checksum_;
};

declaration order 是 data_ 后 checksum_，所以后者可以读取已构造 member。若反过来声明，调整 initializer list 文本顺序也不能修复。constructor body 适合执行依赖所有 members 已有效的工作，不适合用 assignment 代替必须的 direct initialization。

Preparing for Inheritance

准备继承时要问：是否会经 base pointer 删除？哪些 operation 真正需要 dynamic replacement？copy 是保留 dynamic type、clone，还是禁止 slicing？base constructor 是否调用可覆写行为？data 应 private 还是通过 protected invariant-preserving hooks 暴露？这些决定会直接改变 generated construction/destruction code。

5.2 Object Construction under Inheritance

derived constructor 不是只执行花括号内语句。概念展开包含：most-derived constructor 负责所有 virtual bases；direct bases 按 base-list order；implementation 建立当前 class 的 virtual state；members 按 declaration order；最后进入 body。每个 base constructor 又在自己的 subobject phase 执行同类规则。

Virtual Inheritance

中间 base 单独作为 complete object 时要负责其 virtual base；作为更大 derived 的 subobject 时，most-derived constructor 接管。旧实现可能通过 hidden flag/parameters 区分，现代 ABI 也有 construction vtables 等机制。需要掌握的是语义 ownership，不把某个 ABI 参数形式当标准。

The Semantics of the vptr Initialization

base constructor 运行时，derived invariant 尚未建立，因此 virtual call 只表现为当前 base phase；进入 derived phase 后，vptr representation 再对应 derived overrides。complete construction 后，dynamic dispatch 才稳定指向 most-derived final overrider。destruction 则反向退回各 base phase。

qualified call 是静态选择，constructor 内的普通 virtual call 受 construction dispatch rules 限制。不要依赖从 base constructor 调到 derived override 完成初始化；那会读取尚未构造 members，语言机制正是为了阻止这种错误。

5.3 Object Copy Semantics

copy construction 建立新 lifetime：virtual/direct bases 与 members 按目标对象 construction 顺序复制，target vptr 由 target construction phase 建立。copy assignment 修改已有 object：调用 base/member assignment，target dynamic identity 不因 source bytes 改变。

struct Base {
    virtual ~Base() = default;
    int id = 0;
};
 
struct Derived : Base {
    std::string name;
};
 
Derived first;
Derived second = first; // 构造新对象
second = first;         // 赋值给已有对象

对 polymorphic object 执行 memcpy 会绕过 string/resource copy，并可能把 source vptr、self-pointer 或 padding 状态覆盖到 target。按 Base value copy Derived 还会 slicing。需要保留动态类型时设计 virtual clone 或 value wrapper；不允许复制时显式 delete copy operations。

5.4 Object Efficiency

object-based value class 可拥有 direct calls、contiguous data 与 trivial operations；object-oriented hierarchy 提供 runtime substitution，常付 vptr、indirect branch、adjustment 和 nontrivial lifetime work。成本不是“class vs struct”，而是具体 semantics 的选择。

测试应分开：对象 size/alignment；批量 construction/destruction；copy/move count；direct/virtual call；single/multiple/virtual inheritance；cache locality。若 optimizer 去虚化或消除对象，说明该 workload 没保留想测的动态语义，需要通过 external target set、separate translation unit 或 profile-aware setup修正，而不是关闭所有优化制造不真实结果。

5.5 Semantics of Destruction

destruction 是 construction 的逆向状态退场，但 destructor body 运行时当前 class members 尚存在；body 结束后 members 逆序销毁，再到 direct bases，shared virtual bases 最后。每退到一个 base phase，virtual dispatch 也受当前 active class 限制。

通过 base pointer delete derived object 要求 base destructor virtual，否则 behavior undefined。destructor 默认应 noexcept；若 stack unwinding 中再次抛出未处理 exception，会终止程序。资源释放交给 member RAII owner，可让 compiler-generated destructor 正确组合顺序。

若某个 member constructor 抛出，complete object 从未构造成功，因此其 destructor body 不运行；但此前已成功的 bases/members 会逆序销毁。raw acquire 放在 body 早期却未进入 owner，可能在后续 throw 时泄漏。initializer + RAII 是正确的 failure path 表达。

第5章验证清单

1. polymorphic base 明确 virtual destructor；pure virtual destructor 仍提供 definition。
2. 每个 virtual operation 检查 const/ref qualifier 与 override 是否精确匹配。
3. 按 virtual bases、direct bases、vptr phase、members、body 推导 construction。
4. 构造期 virtual call 只使用 active class，不读取未建立 derived invariant。
5. copy construction 与 assignment 分开，vptr 不当业务 bytes 复制。
6. 需要动态复制时定义 clone/value wrapper，避免 slicing。
7. object efficiency 分别测 lifetime、dispatch、adjustment、size 和 locality。
8. destructor body、members、bases、virtual bases 逆序撤场；failure 只 unwind 已构造部分。

小结

• pure virtual destructor 让 base abstract，但仍必须提供 teardown definition
• virtual specification 与 const qualifier 定义 override contract 和对象表示需求
• 无继承 construction 也要先建立 members/virtual state，再运行 body
• 有继承 construction 由 most-derived virtual bases 开始，逐层建立 direct bases、vptr、members
• vptr initialization 随 active construction/destruction phase 变化，阻止调用未就绪 derived state
• copy construction 建新 lifetime，assignment 修改现有 state，二者都不能 raw-copy polymorphic identity
• object efficiency 来自所选语义，不来自 class/struct 标签
• destruction 逆序撤销已建立 subobjects，partial construction 只 unwind 成功部分