剖析Delphi中的構(gòu)造和析構(gòu)

1 Delphi中的對象模型: 2
1.1 對象名表示什么？ 2
1.2 對象存儲在哪里？ 2
1.3 對象中存儲了什么？它們是如何存儲的? 3
2 構(gòu)造函數(shù)與創(chuàng)建對象 5
2.1 什么是構(gòu)造函數(shù)？(“特殊的”類方法) 5
2.2 對象的創(chuàng)建的全過程 5
2.3構(gòu)造函數(shù)另類用法(使用類引用實現(xiàn)構(gòu)造函數(shù)的多態(tài)性) 6
3 析構(gòu)函數(shù)與銷毀對象 7
3.1 什么是析構(gòu)函數(shù)(“天生的”虛方法) 7
3.2 對象銷毀的全過程 7
3.3 destroy, free, freeAndNil, release用法和區(qū)別 7
4 VCL構(gòu)造&析構(gòu)體系結(jié)構(gòu) 8
5 正確使用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù) 9

剖析Delphi中的構(gòu)造和析構(gòu)
摘 要: 本文通過對VCL/RTL的研究,來剖析構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的實現(xiàn)機(jī)制和VCL中對象的體系結(jié)構(gòu),并說明如何正確地創(chuàng)建和釋放對象。
關(guān)鍵字: 構(gòu)造，析構(gòu)，創(chuàng)建對象，銷毀對象，堆，棧，多態(tài)。
作 者: majorsoft

問題
Delphi中構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的實現(xiàn)機(jī)制是什么?和C 有何不同？如何做到正確地創(chuàng)建和釋放對象？
解決思路
如何正確使用構(gòu)造和析構(gòu)是我們在使用Delphi過程中經(jīng)常遇到的問題，在大富翁論壇中的Oriented Pascal欄目有不少相關(guān)帖子（詳見相關(guān)問題），本人也曾遇到過類似的問題，下面通過對VCL/RTL源代碼的研究，來理解構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的實現(xiàn)機(jī)制。
1 Delphi中的對象模型:
1.1 對象名表示什么？
與C 不同，Delphi中的對象名(也可以稱做變量)表示對象的引用，并不表示對象本身，相當(dāng)于指向?qū)ο蟮闹羔?這就所謂的“對象引用模型”。如圖所示:
Obj(對象名) 實際的對象

Vmt 入口地址

數(shù)據(jù)成員

?

?

圖1對象名引用內(nèi)存中的對象
1.2 對象存儲在哪里？
每個應(yīng)用程序?qū)⒎峙浣o其運行的內(nèi)存分為四個區(qū)域：

代碼區(qū)(Code area)
全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)(data area)
堆區(qū)(heap area)
棧區(qū)(stack area)

?

?

?

圖2 程序內(nèi)存空間
代碼區(qū)：存儲程序中程序代碼，包括所有的函數(shù)代碼
全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)：存儲全局?jǐn)?shù)據(jù)。
堆區(qū)：又叫“自由存儲區(qū)”,存儲動態(tài)數(shù)據(jù)（在Delphi中包括對象和字符串）。作用域為整個應(yīng)用程序的整個生命周期直到調(diào)用了析構(gòu)方法。
棧區(qū)：又叫“自動存儲區(qū)”存儲程序中的局部數(shù)據(jù)，在C 中，局部變量實際上是auto類型的變量。作用域為函數(shù)內(nèi)部，函數(shù)調(diào)用完系統(tǒng)就立即回收棧空間。
在C 中，對象既可創(chuàng)建在堆(heap)上，也可以創(chuàng)建在棧(stack)中，還可以在全局?jǐn)?shù)據(jù)中創(chuàng)建對象，故C 有全局對象、局部對象、靜態(tài)對象和堆對象四種對象之說。而在Delphi中，所有的對象都是建立堆（heap）存儲區(qū)上，所以Delphi構(gòu)造函數(shù)不能自動被調(diào)用，而必須由程序員自己調(diào)用(在設(shè)計器拖動組件，此時對象由Delphi創(chuàng)建)。下面的程序說明Delphi和C 中創(chuàng)建對象的區(qū)別：
在Delphi中：
Procedure CreateObject(var FooObjRef:TFooObject);
begin
FooObjRef:=TfooObject.create;
//由程序員調(diào)用,過程調(diào)用完之后,對象依然存在.不需要進(jìn)行拷貝
FooObject.caption=’I am created in stack of CreateObject()’;
End;
而在C 中：
TfooObject CreateObject（void）;
{
TfooObject FooObject;//創(chuàng)建局部對象
// static TfooObject FooObject;//創(chuàng)建靜態(tài)局部對象
//對象自動調(diào)用默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行創(chuàng)建,對象此時在函數(shù)棧中創(chuàng)建
FooObject.caption=’I am created in stack of CreateObject()’;
return FooObject;
//返回的時候進(jìn)行了對象拷貝,原來創(chuàng)建的對象隨函數(shù)的調(diào)用結(jié)束后,自動銷毀}
TfooObject fooObject2;//創(chuàng)建全局對象。
void main();
{ TFooObject* PfooObjec=new TfooObject;
//創(chuàng)建堆對象。函數(shù)調(diào)用完之后，對象依然存在，不需要進(jìn)行拷貝。}
1.3 對象中存儲了什么？它們是如何存儲的?
與C 不同的是,Delphi中的對象只存儲了數(shù)據(jù)成員和虛擬方法表(vmt)的入口地址，而沒有存儲方法，如圖所示：
對 象 虛擬方法表 代碼段

Vmt地址
name:String
width:integer;
ch1:char;
…
Proc1
Func1
…
procn
funcn

?

…

圖 3 對象的結(jié)構(gòu) …
也許你對上面的說法存在著些疑問，請看下面的程序:
TsizeAlignTest=class
private
i:integer;
ch1,ch2:char;
j:integer;
public
procedure showMsg;
procedure virtMtd; virtual;
end;

memo1.Lines.Add(inttostr(sizeTest.InstanceSize) '''':InstanceSize'''');
memo1.Lines.Add(inttostr(integer(sizeTest)) ''''<-start Addr'''');
memo1.Lines.Add(inttostr(integer(@(sizeTest.i))) ''''<-sizeTest.i'''');
memo1.Lines.Add(inttostr(integer(@(sizeTest.ch1))) ''''<-sizeTest.ch1'''');
memo1.Lines.Add(inttostr(integer(@(sizeTest.ch2))) ''''<-sizeTest.ch2'''');
memo1.Lines.Add(inttostr(integer(@(sizeTest.j))) ''''<-sizeTest.j'''');
結(jié)果顯示:
16:InstanceSize
14630724<-start Addr
14630728<-sizeTest.i
14630732<-sizeTest.ch1
14630733<-sizeTest.ch2
14630736<-sizeTest.j
數(shù)據(jù)成員和vmt入口地址就占了16個字節(jié)!,兩個成員函數(shù)showMsg, virtMtd在對象的存儲區(qū)中根本沒占空間。
那么成員函數(shù)到底存儲在哪兒呢？由于Delphi是基于RTL(運行時類型庫)的，所有的成員函數(shù)都在類中存儲，成員函數(shù)實際上就是方法指針，它指向成員函數(shù)的入口地址，該類的所有對象共享這些成員函數(shù)。那么怎樣找到成員函數(shù)的入口地址呢？對于靜態(tài)函數(shù)，這個工作由編譯器來完成的，在編譯過程中，根據(jù)類對象引用/指針的類型，即直接在類來中找到成員函數(shù)的入口地址(此時并不需要對象存在)，這也就是所謂的靜態(tài)綁定；而對于虛方法（包括動態(tài)方法），則是通過在運行時的對象的虛擬方法表vmt入口地址（即對象的前四個字節(jié),此時對象一定要存在，否則就會導(dǎo)致指針訪問出錯），來找到成員函數(shù)的入口地址，這也就是所謂的動態(tài)綁定。

?注 意
上面提到，所有的成員函數(shù)都在類中存儲，實際上也包括虛擬方法表Vmt。從Delphi的代碼自動完成功能(它依賴于編譯信息)可以看出，當(dāng)我們在輸入完對象名，再輸入“.“之后，此時Delphi重新編譯了一遍，列出所有的數(shù)據(jù)成員和所有的靜態(tài)方法，所有的虛方法，所有的類方法，所有的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)，大家可以動手試試看是不是這樣的。

類虛方法表vmt入口地址
數(shù)據(jù)成員模板信息
靜態(tài)方法表等
虛方法表vmt
對 象

Vmt入口地址
數(shù)據(jù)成員

?

?

上面的程序還演示了對象數(shù)據(jù)成員的對齊方式(物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，以4字節(jié)對齊（windows默認(rèn)的對齊方式）,如下圖所示：

Vmt Entrance Addr
i
Ch1 Ch2
j

?

?

2 構(gòu)造函數(shù)與創(chuàng)建對象
2.1 什么是構(gòu)造函數(shù)？(“特殊的”類方法)
從OO（面向?qū)ο?#xff09;思想的語義上講，構(gòu)造函數(shù)負(fù)責(zé)對象的創(chuàng)建，但就OOP語言的實現(xiàn)上講，無論Delphi還是C ，構(gòu)造函數(shù)充其量只做了對象的初始化工作（包含調(diào)用內(nèi)部子對象的構(gòu)造函數(shù)），并沒有負(fù)責(zé)創(chuàng)建對象的全過程（參考2.2）。
另外，與C 中不同的是，Delphi為構(gòu)造函數(shù)定義了另一種方法類型(mkConstructor,參見Delphi安裝目錄下的\Source\RTL\Common\typInfo.pas,125行)，我們可以把它理解為 “特殊的”類方法。它只能通過類(類名/類引用/類指針)來調(diào)用，而一般的類方法既可以通過類也可以通過對象來調(diào)用；還有一點特殊就是構(gòu)造函數(shù)中內(nèi)置的self參數(shù)是指向?qū)ο蟮?#xff0c;而在類方法中self是指向類的，我們通常在其中對其數(shù)據(jù)成員進(jìn)行初始化工作，使其成為真正意義上的對象，這都得益于self這個參數(shù)。
在默認(rèn)情況下，構(gòu)造函數(shù)是靜態(tài)函數(shù)，我們可以把它設(shè)為虛方法，在其派生類中對其覆載（Override），這樣可以實現(xiàn)構(gòu)造函數(shù)的多態(tài)性（參見2.4），也可以對其進(jìn)行重載(Overload)，創(chuàng)建多個構(gòu)造函數(shù)，還可以在派生類直接覆蓋(Overlay)父類的構(gòu)造函數(shù),這樣在派生類屏蔽了父類的構(gòu)造函數(shù)，在VCL中就采用了這些技術(shù)，形成一個構(gòu)造&析構(gòu)的“體系結(jié)構(gòu)”（參見4）
2.2 對象的創(chuàng)建的全過程
對象的創(chuàng)建完整過程應(yīng)該包括分配空間、構(gòu)造物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、初始化、內(nèi)部子對象的創(chuàng)建。上面提到，構(gòu)造函數(shù)只是負(fù)責(zé)初始化工作以及調(diào)用內(nèi)部子對象的構(gòu)造函數(shù)，那么分配空間和構(gòu)造物理結(jié)構(gòu)是怎么完成的呢？這由于編譯器在做了額外的事情，我們不知道而已。編譯到構(gòu)造函數(shù)時，會構(gòu)造函數(shù)之前，會在插入一行“call @ClassCreate”匯編代碼,它實際上就是system 單元中的_ClassCreate函數(shù)，下面看看_ClassCreate函數(shù)的部分源碼：
function _ClassCreate(AClass: TClass; Alloc: Boolean): TObject;
asm
{ -> EAX = pointer to VMT }
{ <- EAX = pointer to instance }
…
CALL dword ptr [EAX].vmtNewInstance //調(diào)用NewInstance
…
End; {\Source\RTL\sys\system.pas,第8939行}
VmtNewInstance=-12; 它是NewInstance 函數(shù)在類中的偏移量，則“CALL dword ptr [EAX].vmtNewInstance”實際上就是調(diào)用NewInstance，請看TObject.NewInstance:源碼：
class function NewInstance: TObject; virtual;
class function TObject.NewInstance: TObject;
begin
Result := InitInstance(_GetMem(InstanceSize));
end;
“InitInstance(_GetMem(InstanceSize))”依次調(diào)用了三個函數(shù):
1) 首先調(diào)用InstanceSize(),返回實際類的對象大小
class function TObject.InstanceSize: Longint; //相當(dāng)于一個虛方法
begin
Result := PInteger(Integer(Self) vmtInstanceSize)^;//返回實際類的對象大小
end;
2) 調(diào)用_GetMem()在堆上分配Instance大小的內(nèi)存，并返回對象的引用
3) 調(diào)用InitInstance()進(jìn)行構(gòu)造物理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并把成員設(shè)置默認(rèn)值，比如把整型的數(shù)據(jù)成員的值設(shè)為0，指針設(shè)為nil等。如果有虛方法，把虛擬方法表Vmt的入口地址賦給對象的前四個字節(jié)。
在調(diào)用完NewInstance之后，這個時候的對象，只有“空殼”，而沒有實際的“內(nèi)容”，所以就需要要調(diào)用定制的構(gòu)造函數(shù)對對象進(jìn)行有意義的初始化，以及調(diào)用內(nèi)部子對象的構(gòu)造函數(shù)，使程序中的對象能真實反映現(xiàn)實世界的對象。這就是對象創(chuàng)建的全過程。
2.3構(gòu)造函數(shù)另類用法(使用類引用實現(xiàn)構(gòu)造函數(shù)的多態(tài)性)
在Delphi中，類也是作為對象存儲的，所以同樣存在著多態(tài)性，它是借助類引用和虛類方法來實現(xiàn)的，這樣提供了類一級的多態(tài)的實現(xiàn)。把類方法設(shè)為虛方法，在其派生類中覆載（override）它，再通過基類的引用/指針調(diào)用它，這樣根據(jù)類引用/指針指向?qū)嶋H類來構(gòu)造對象。請看下面的程序:
TmyClass=class
constructor create;virtual;
end;
Ttmyclass=class of TmyClass;//基類的類引用
TmyClassSub=class(TmyClass)
constructor create; override;
end;

procedure CreateObj(Aclass:TTMyClass;var Ref);
begin
Tobject(Ref):=Aclass.create;
//ref為無類型，和任何類型都不兼容，所以使用時必須顯式強(qiáng)制轉(zhuǎn)換(cast)
//Aclass為類引用，統(tǒng)一的函數(shù)接口，不同的實現(xiàn)。
//它會根據(jù)Aclass引用/指向的實際類來構(gòu)造對象。
End;
…
CreateObj(TmyClass,Obj);
CreateObj(TmyClassSub,subObj);
3 析構(gòu)函數(shù)與銷毀對象
3.1 什么是析構(gòu)函數(shù)(“天生的”虛方法)
從OOP思想的語義上講，析構(gòu)函數(shù)負(fù)責(zé)銷毀對象，釋放資源。在Delphi中，同義。
Delphi為析構(gòu)函數(shù)也定義了一種方法類型(mkConstructor,參見Delphi安裝目錄下的\Source\RTL\Common\typInfo.pas,125行)，在VCL中，它實際是一種“天生的”虛方法，在VCL類所有的祖先-Tobject中定義了“destructor Destroy; virtual; ”。為什么VCL要這么做呢？因為它要保證在多態(tài)情況下對象能正確地被析構(gòu)。如果不使用虛方法，則可能只析構(gòu)了基類子對象，從而造成所謂的“內(nèi)存泄露”。所以為了保證正確地析構(gòu)對象，析構(gòu)函數(shù)都需要加override聲明。
3.2 對象銷毀的全過程

先銷毀派生類子對象，再銷毀基類子對象。
提 示
在派生類中，基類子對象指從基類中繼承的部分，派生類中子對象是指新增的部分。
3.3 destroy, free, freeAndNil, release用法和區(qū)別
destroy:虛方法
釋放內(nèi)存,在Tobject中聲明為virtual,通常是在其子類中override 它，且要加上inherited關(guān)鍵字，才能保證派生類對象正確地被銷毀;
但destroy一般不能直接用，為什么？
假如當(dāng)一個對象為nil，我們?nèi)匀徽{(diào)用destroy，此時會產(chǎn)生錯誤。因為destroy是虛方法,它要根據(jù)對象中的頭四個字節(jié)找到虛擬方法表Vmt的入口地址，從而找到destroy的入口地址，所以此時對象一定要存在。但free就是靜態(tài)方法,它只需根據(jù)對象引用/指針的類型來確定，即使對象本身不存在也沒問題，而且在free中有判斷對象是否存在的操作， 所以用free比用destroy安全。
2)free:靜態(tài)方法
測試對象是否為nil, 非nil則調(diào)用destroy。下面是free的Delphi代碼:
procedure Tobject.Free;
begin
if Self <> nil then
Destroy;
end;
一靜一動，取長補(bǔ)短，豈不妙哉！
不過，調(diào)用Destroy只是把對象銷毀了，但并沒有把對象的引用設(shè)為nil，這需要程序員來完成，不過自從Delphi5之后，在sysUtils單元中提供了一個freeAndNil。
3)freeAndNil;一般方法，非對象方法，非類方法。
SysUtils單元中FreeAndNil 定義
procedure FreeAndNil(var Obj);
var
Temp: TObject;
begin
Temp := TObject(Obj);
Pointer(Obj) := nil;
Temp.Free;
end;
建議大家用它代替free/Destroy，以便確保正確地釋放對象。
4)release；TcustomForm中定義的靜態(tài)方法。
當(dāng)窗口中所有的事件處理完之后，才調(diào)用free函數(shù)。常用在銷毀窗口，而在這個窗口中事件處理需要一定的時間的時候，用這個方法能確保窗口事件處理完之后才銷毀窗口。下面是TCustomForm.Release的Delphi源代碼:
procedure TCustomForm.Release;
begin
PostMessage(Handle, CM_RELEASE, 0, 0);
//向窗口發(fā)CM_RELEASE消息到消息隊列，當(dāng)所有的窗口事件消息處理完之后，
//再調(diào)用CM_RELEASE消息處理過程CMRelease
end;
再看看下面CM_RELEASE消息處理過程CMRelease的定義:
procedure CMRelease(var Message: TMessage); message CM_RELEASE;
procedure TCustomForm.CMRelease;
begin
Free; //最后還是free;
end;
4 VCL構(gòu)造&析構(gòu)體系結(jié)構(gòu)

TObject
constructor Create;//靜態(tài)方法
destructor Destroy; virtual;

?

?

TPersistent
destructor Destroy; override;

?

TComponent
constructor Create(AOwner: TComponent); virtual;
destructor Destroy; override;

?

TControl
constructor Create(AOwner: TComponent); override;
destructor Destroy; override;

?

…
下面分析VCL中的構(gòu)造和析構(gòu)的源代碼，以Tcontrol為例：
constructor TControl.Create(AOwner: TComponent);
begin
inherited Create(AOwner);//創(chuàng)建基類子對象,并把析構(gòu)權(quán)移交給AOwner。放在最前面
//這樣就保證了“先創(chuàng)建基類子對象，再創(chuàng)建派生類子對象”的順序
…//初始化，以及調(diào)用內(nèi)部子對象的構(gòu)造函數(shù)
end;

destructor TControl.Destroy;
begin
…//析構(gòu)派生類中內(nèi)部子對象
inherited Destroy;//析構(gòu)基類對象,放在最后面
//這樣就保證了“先析構(gòu)派生類子對象，再析構(gòu)基類子對象”的順序
end;
5 正確使用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)
經(jīng)過上面的分析，下面總結(jié)一下使用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的原則：
在使用對象之前，必須先建立一個對象時，并且及時銷毀對象，以釋放資源。
兩個對象引用賦值時，要確保出現(xiàn)的無名對象(指沒有被引用的對象)能被釋放。
當(dāng)創(chuàng)建一個組件時，建議設(shè)置一個宿主組件(即使用AOwner參數(shù)，通常是窗體)，由Aowner來管理對象的銷毀，那么就不必惦記著銷毀該組件了，這是Delphi在窗體上/數(shù)據(jù)模塊設(shè)計并創(chuàng)建組件是采用的方法。所以我們不必書寫調(diào)用該組件的析構(gòu)函數(shù)。
當(dāng)函數(shù)的返回類型為對象時，那么Result也是對象的引用，確保Result引用的對象要存在。
若要使用obj<>nil 或assigned(nil)測試對象存在時，在調(diào)用析構(gòu)之后還應(yīng)obj:=nil。

請參考演示程序的源代碼
說明（建議要有）
所有的Delphi程序已在win2k Delphi6 sp2 上通過，對于C 程序，只是為了說明與Delphi中不同，并不保證能直接運行。為了加深對本篇文章的理解，建議參考演示程序。
這篇文章包括了我在學(xué)習(xí)VCL/RTL中的一些經(jīng)驗和體會，加上本人的個人能力有限，難免出現(xiàn)錯誤，請大家不吝指正！
在閱讀本篇文章之前，需要讀者對Oriented Pascal語言有一定的了解，并能理解多態(tài)，如果您對其中一些概念還不是很清楚的話，請參考相關(guān)文章。
通過本篇文章，你應(yīng)該能比較清楚地理解Delphi中的對象模型、構(gòu)造&析構(gòu)實現(xiàn)機(jī)制以及VCL中構(gòu)造&析構(gòu) 體系結(jié)構(gòu)，并能掌握使用構(gòu)造&析構(gòu)的使用方法。Delphi中的構(gòu)造&析構(gòu)相當(dāng)于C 中的算是簡單多了，我們應(yīng)該能掌握它。

?

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的(转)剖析Delphi中的构造和析构的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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