C++のクラス内部構造を解説！デフォルトコンストラクタの仕組みと動作

はじめに：クラスの内部構造とデフォルトコンストラクタ

本記事では、C++におけるクラスの内部構造（internals）について解説します。その前提として、内部構造と密接に関わる「デフォルトコンストラクタ」の仕組みから確認していきましょう。

デフォルトコンストラクタとは、引数を一切取らないコンストラクタのことです。ユーザーが定義したものも、コンパイラが自動生成したものも含まれます。では、なぜデフォルトコンストラクタが必要なのでしょうか。

コンパイラがデフォルトコンストラクタを挿入するケース

デフォルトコンストラクタが定義されていない場合、コンパイラは暗黙的にそれを宣言します。デフォルトコンストラクタはクラスの内部要素を初期化するために利用されますが、クラスのデータメンバー（int型など）は初期化されない点に注意が必要です。

コンパイラがデフォルトコンストラクタのコードを挿入する代表的な状況は次の2つです。

• クラスが、デフォルトコンストラクタを持つ別のクラスから派生している場合
• クラスが、デフォルトコンストラクタを持つ他のクラス型のオブジェクトをメンバーとして保持している場合

いずれの場合も、コンパイラは基底クラスやメンバーオブジェクトのデフォルトコンストラクタを呼び出すコードを、現在のオブジェクト向けに自動的に挿入します。実際のコードで挙動を確かめてみましょう。

サンプルコード

#include<iostream>
using namespace std;
class Base {
    public:
        // コンパイラがクラス"Base"用のコンストラクタを自動生成する
};
class ClassA {
    public:
    ClassA(){
        cout << "ClassA Constructor defined by user" << endl;
    }
    int x; // 自動的には初期化されない
};
class ClassB : public ClassA {
    // コンパイラがClassBのコンストラクタを生成し、
    // 基底クラスClassAのコンストラクタを呼び出すコードを追加する
};
class ClassC : public ClassA {
    public:
        ClassC() { // ユーザー定義のコンストラクタだが、コンパイラが
                   // ClassAのコンストラクタ呼び出しコードを追加する
            cout << "User defined ClassC Constructor" << endl;
    }
};
class ClassD {
    public:
        ClassD(){
            // ユーザー定義のデフォルトコンストラクタ。
            // コンパイラがメンバーobjに対するClassAの
            // コンストラクタ呼び出しコードを追加する
            cout << "User-defined constructor for ClassD" << endl;
    }
    private:
        ClassA obj;
};
int main() {
    Base baseObj;
    ClassB b;
    ClassC c;
    ClassD d;
}

実行結果

ClassA Constructor defined by user
ClassA Constructor defined by user
User defined ClassC Constructor
ClassA Constructor defined by user
User-defined constructor for ClassD

出力結果から読み取れるポイント

• ClassB：コンストラクタを明示的に定義していなくても、暗黙的に生成されたコンストラクタが先に基底クラスClassAのコンストラクタを呼び出します。
• ClassC：ユーザー定義のコンストラクタがある場合でも、その処理が実行される前にClassAのコンストラクタが呼び出されています。
• ClassD：メンバーオブジェクトobjも、ClassD自身のコンストラクタ本体よりも先に初期化されていることが分かります。

このようにC++では、開発者が明示的に記述しなくても、コンパイラが必要に応じてコンストラクタの呼び出しコードを裏側で挿入することで、オブジェクトの整合性が保たれる仕組みになっています。