編譯器默認生成的c++類六大成員函數

編譯器默認生成的六大成員函數

當你定義一個空類時，例如：

class Empty {};

如果代碼中沒有顯式定義任何成員函數，C++編譯器會在需要時（例如，代碼中實際調用了這些函數）為你自動生成以下六個特殊成員函數（Special Member Functions）：

1. 默認構造函數 (Default Constructor): Empty();

   • 用于創建對象，當沒有提供任何初始化參數時被調用。
   • 例如：Empty e1;

2. 析構函數 (Destructor): ~Empty();

   • 用于對象銷毀，在對象生命周期結束時被調用。
   • 它負責清理資源，雖然對于空類來說沒什么可清理的。

3. 拷貝構造函數 (Copy Constructor): Empty(const Empty& other);

   • 用于從一個同類對象創建新對象。
   • 例如：Empty e2(e1); 或 Empty e3 = e1;

4. 拷貝賦值運算符 (Copy Assignment Operator): Empty& operator=(const Empty& other);

   • 用于將一個已存在的同類對象的值賦給另一個已存在的對象。
   • 例如：e2 = e1;

5. 移動構造函數 (Move Constructor) (C++11及以后): Empty(Empty&& other) noexcept;

   • 用于從一個右值（通常是臨時對象）“竊取”其資源來創建新對象，避免不必要的拷貝。
   • 例如：Empty e4(std::move(e1));

6. 移動賦值運算符 (Move Assignment Operator) (C++11及以后): Empty&operator=(Empty&& other) noexcept;

   • 用于將一個右值對象的資源“竊取”并賦給一個已存在的對象。
   • 例如：e3 = std::move(e2);

#include <iostream>
#include <utility>class Empty {};int main() {std::cout << "創建一個默認對象 e1..." << std::endl;Empty e1;std::cout << "使用拷貝構造函數創建 e2..." << std::endl;Empty e2(e1);std::cout << "使用拷貝賦值運算符..." << std::endl;Empty e3;e3 = e2;std::cout << "使用移動構造函數創建 e4..." << std::endl;Empty e4(std::move(e1));std::cout << "使用移動賦值運算符..." << std::endl;e3 = std::move(e2);std::cout << "程序結束，對象將被銷毀。" << std::endl;return0;
}

這段代碼可以成功編譯和運行，這雄辯地證明了，即使我們沒有為 Empty 類編寫任何一個函數，編譯器也已經為我們提供了所有必要的“基礎設施”來完成對象的創建、拷貝、移動和銷毀。

類的六大成員函數生成規則及“三/五/零法則”

了解了“有什么”之后，一個優秀的工程師還應該了解“為什么有”和“什么時候沒有”。

生成規則

編譯器并非無腦生成這些函數。它的行為遵循一套精密的規則：

• 只在需要時生成：這些函數只在它們被ODR-used（One Definition
  Rule-used，可以簡單理解為“被實際調用”）時，編譯器才會去定義它們。

• 用戶優先：如果你顯式聲明了任何一個特殊成員函數（即使是用 =delete 或 =default），編譯器就不會再為該函數生成默認版本。

• 復雜的關聯規則：聲明一個函數會“抑制”其他函數的自動生成。這正是“三/五法則”的核心。

  • 重要：一旦你聲明了自定義的析構函數、拷貝構造或拷貝賦值，編譯器將不會自動生成移動構造和移動賦值函數。這是因為自定義的析-構/拷貝行為可能與默認的移動行為不兼容。
  • 反之，聲明了移動操作，也會影響拷貝操作的自動生成。
  • 三法則 (Rule of Three): (C++03) 如果你顯式聲明了析構函數、拷貝構造函數或拷貝賦值運算符中的任何一個，通常意味著你需要同時管理這三者，因為類內可能含有需要深度拷貝的資源（如裸指針）。此時，編譯器將不再自動生成它認為你可能需要自己實現的拷貝操作。
  • 五法則 (Rule of Five): (C++11) 這是“三法則”的擴展。如果你聲明了上述三者中的任何一個，或者聲明了移動構造函數或移動賦值運算符，編譯器將認為你對資源管理有特殊意圖。

現代C++的智慧：“零法則” (Rule of Zero)

三/五法則”是C++開發者必須掌握的知識，但它們也反映了一種更底層的設計問題：手動資源管理。現代C++推崇**“零法則” (Rule of Zero)**。
核心思想：設計你的類，使其不需要編寫任何自定義的析構、拷貝/移動構造和賦值函數。將所有資源的所有權交給專門的資源管理類（如 std::string, std::vector, std::unique_ptr, std::shared_ptr）。

當你遵循“零法則”時，你的類（即使非空）也能像空類一樣，讓編譯器為其生成正確、高效的特殊成員函數。這些標準庫組件本身已經完美地實現了“五法則”，你的類只需組合它們，就能自動獲得正確的資源管理行為。這使得代碼更簡潔、更安全、更易于維護。

一個有趣的延伸：sizeof(Empty) 等于多少？

與空類相關的另一個高頻面試題是：sizeof(Empty) 的結果是多少？
答案不是0，而是1。
為什么是1？
C++標準規定，任何兩個不同的對象在內存中都必須有不同的地址。如果一個空類的大小為0，那么當你創建一個該類的數組時：

Empty arr[10];

&arr[0] 和 &arr[1] 的地址將會相同，這將導致指針算術和數組索引徹底失效。為了保證對象標識（identity）的唯一性，編譯器會為空類“填充”一個字節。這個字節不存儲任何有用的數據，僅僅是為了“占位”。

空基類優化 (Empty Base Optimization, EBO)

class BaseEmpty {}; // sizeof(BaseEmpty) == 1class Derived : public BaseEmpty {int x; // sizeof(int) == 4
};// sizeof(Derived) 通常是 4，而不是 1 + 4 = 5

在這種情況下，編譯器可以將空基類的“1字節”與派生類的成員（如 x）的數據存儲在相同的地址，或者說，讓空基類不占用任何額外的空間。這樣既滿足了“不同對象地址不同”的原則，又避免了內存浪費。這是C++零開銷原則 Zero-overhead principle的一個體現。

參考文獻：

面試官問“空類里有什么”？別再答“什么都沒有”了