一、首先要分清楚这两者之间的关系:两个概念属于不同“集合”(但有部分交集)。
1. Default Memberwise Initialization是与user defined Initialization相对应的。是从编译器(计算机)与程序员(用户)的角度出发;
2. bitwise copy 是与memberwise copy相对应的。是两种不同的拷贝方式,编译器通常为了效率会选择bitwise方式拷贝(尤其针对于POD(=Plain Old Data)类型)。
那么为什么这两个概念经常会混淆呢?主要原因是二者有部分交集——在类的对象初始化或者赋值(operator=)时,两个概念会同时出现。
从对象整体角度出发,默认的对象赋值操作和初始化操作(default assignment and initialization ),编译器会选择memberwise方式(这里不是指memberwise copy,更确切的说应该是:individually assignment or initialization)操作,即对构成对象中的每一个成员数据分别进行赋值或者初始化。从对象的数据成员角度出发,具体到对象的每一个数据成员的操作,编译器通常采用(可以认为就是)bitwise copy操作,就像memcpy或者memset函数一样,原样将内存中的数据按位复制一份。
具体操作参见维基百科的例图:
左图表示A和B两个对象 中图表示bitwise拷贝方式 右图表示memberwise拷贝方式
具体的bitwise copy和memberwise copy如下:(左图为bitwise copy,右图为memberwise copy)
二、接下来看一下默认构造函数(Default Constructor——由编译器来完成)
这就引出了一个问题:什么情况下需要实现默认的构造函数呢?
自然是编译器需要它的时候(切记不是程序员需要的时候),通常以下四种情况,需要编译器来实现默认的构造成员函数(default constructor):
1) 类中含有成员类对象,并且此类对象含有默认构造函数;
这种情况下,如果没有显示的定义构造函数,那么需要一次构造类中定义的所有成员,当构造成员类对象(member class object)的时候,需要调用此成员类的默认构造函数,所以这时候需要编译器构造出默认的构造函数,来调用成员类的默认构造函数
2) 类的基类中至少有一个含有默认的构造函数;
如果没有显式的定义构造函数,同样编译器构造派生类的时候,必然需要调用基类的构造函数,所以需要编译器在派生类中构造出默认的构造函数。
3) 类中含有虚函数(virtual function);
4) 类中含有虚基类(virtual base class);
由于虚拟机制的原因,这两种情况下,需要编译器来完成虚函数表(vbtl)的初始化和虚表指针(vptr)的初始化,所以如果没有显式的定义构造函数,需要编译器构造默认的构造函数。(本身虚拟机制就是从编译器角度来实现的)
其他比较简单的情况(类的成员数据都是POD=Plain Old Data),在MSVC中经过O2选项优化编译后,简单的类直接被转换为几个连续定义的变量,自然就不需要默认的构造函数了。
三、接下来看一下Memberwise Assignment and Initialization
默认拷贝构造函数(Default Copy Constructor)、默认赋值运算符(operator =)和默认析构函数,是C++类中的六大特殊成员函数中的三个。三者同时遵循一个原则:“一荣俱荣、一损俱损”。如果三者其中的任意一个被显示定义了(defined)那么三者必须都被显式定义。当果三者之一被程序员调用但未没有被显式声明时,编译器会隐含的实现这三个特殊成员函数。当用一个类对象去初始化另一个类对象时,需要用到拷贝构造函数;当用一个类对象去设定另一个类对象时,需要用到赋值运算符。
拷贝构造函数与赋值运算符都遵循“Default Memberwise Assignment&Initialization”原则,即对类中的每一个数据成员进行依次复制,但是通常编译器只采用bitwise copy方式复制(这样能够提高效率)。例如,对于只含有POD成员数据的简单类,bitwise copy方式绰绰有余。但是以下几种情况比较特殊:
1) 当class内含有一个member object时,并且后者的class中声明了一个copy constructor时;
依照“Default Memberwise Assignment&Initialization”原则,初始化member object时,需要编译器调用member class的拷贝构造函数,如果类中没有显式定义拷贝构造函数,就需要编译器构造,来调用成员类的拷贝构造函数。
2) 当类的基类中至少有一个含有拷贝构造函数时;
同样依照“Default Memberwise Assignment&Initialization”原则,需要依次构造所有的基类成员,如果没有显式定义默认拷贝构造函数,那么这部分工作就有编译器来完成。
3) 当类中声明一个或多个virtual functions时;
4) 当类的派生链中有一个或多个virtual base class时;
这里由于虚拟函数的机制,需要初始化vbtl和vptr。这部分需要编译器来完成(本身虚拟机制就是从编译器角度来实现的)。
以上几种情况如果程序员未显式定义拷贝构造函数,编译器会自动完成拷贝构造函数的实现,不过当程序中需要调用拷贝构造函数时,编译器自动实现版本是按照bitwise拷贝方式来完成的,所以对于以上几种情况如果程序员不显式定义自己的拷贝构造函数,就会出现错误(尤其是类成员中含有指针、引用、虚函数时)。
从编译器编译连接角度,以上四种情况下如果未定义拷贝构造函数,编译器为了编译工作的顺利进行,会自定义拷贝构造函数;从编程者角度,如果类比较复杂(例如含有指针、引用、虚函数等),单单依靠编译器定义的bitwise版本默认拷贝构造函数,程序是无法达到预定效果的,所以此时往往需要程序员显式定义出自己的拷贝构造函数。
详情参见:《深度探索C++对象模型》
《C++反汇编与逆向分析技术揭秘》
http://portals.devx.com/tips/Tip/13625
MSDN:http://msdn.microsoft.com/en-us/library/x0c54csc.aspx
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/x0c54csc.aspx