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Function 语意学

2024-07-06 22:36:58   230人阅读

    C++支持三种类型的member functions: static、nonstatic和virtual，每一种类型调用方式都不相同。

一 nostatic members functions
1 调用方式
   C++的设计原则之一就是：nonstatic member function知识和一般的nonmember function有相同的效率。因此：
    nonstatic member function被编译器内化为nonmember function的形式，且含有一个this（A *const this）指针成员。 
转化步骤如下：
① 改写函数的signature以安插一个额外的参数到member function，该参数即 this指针。
non-const nonstatic member增加：A *const this; const nonstatic member增加： const A *const this.
② 将每一个“对nonstatic data member的存取操作”改为经由this指针来存取。
③ 将member function重写成一个外部函数，对函数名称进行“name-mangling"处理，使它在程序中称为独一无二的词汇。
2 指向这类成员函数的指针
    取一个nonstatic member function的地址，如果该函数是nonvirtual，得到的结果是它在内存中真正的地址，然而这个值也是不完全，它也需要被绑定于某个class object地址上，才能够通过它调用该函数。所有的nonstatic member function 都需要对象的地址（以参数this 指出）。
二 static member function
1 调用方式
    static member function被编译器转化为nonmember function的形式，且不含this指针成员。
static member function的主要特性就是它没有this指针，以下的次要特性统统根源与其主要特性：
① 它不能直接存取其class中nonstatic members
② 它不能被声明为const,volatile或virtual。
③ 它不需要经由class object才能调用--虽然大部分时候它是这样调用的。
2 指向这类成员函数的指针
    取一个static member function地址，获得的将是其在内存中的位置，也就是地址。由于没有this指针，所以其地址的类型并不是一个指向”class member function “ 指针，而是一个”nonmember“ 函数指针。
三 virtual member functions 
调用方式：
1 virtual function的一般实现模型：① 每一个class有一个virtual table，内涵该class 之中有作用的virtual function的地址，②然后每个object有一个vptr，指向virtual table的所在。
2 ptr->z(); z()是虚函数，我们在执行期需要知道：
① ptr所指对象的真实类型，这可使我们选择正确的z()实体。（表示类型信息的字符串或数字）
② z()实体位置，以便我们能够调用它。通过虚函数指针（指向虚函数表）+该函数表格索引值。
3 virtual table中虚函数地址如何构建起来。
    在C++中，虚函数地址可以在编译时期获得，此外，这一组地址是固定不变的，执行期不可能新增或替换之。由于程序执行时，表格的大小和内容都不会改变，所以其建构和存取皆可以有编译器完全掌握，不需要执行期任何接入。
4 执行期如何找到编译器备妥的那些虚函数的地址？
 ① 为了找到表格，每一个class object 被安插一个有编译器内部产生的指针（vptr虚函数表指针），指向表格。
 ② 为了找到函数地址，每一个虚函数被指配一个表格索引值。
    这些工作都由编译器完成，执行期要做的，只是在特定的virtual table slot(记录着virtual function的地址)中激活virtual function。
ptr->z();被转换为：
（*ptr->vptr[4])(ptr);
5 多重继承下的virtual function
    在多重继承下，虚函数复杂度围绕在第二个及后继的base classes身上，以及必须在执行期调整this指针这一点。
6 虚拟继承下的virtual function
2 指向这类成员函数的指针
①对一个虚函数，其地址在编译时期是未知的，所能知道的仅是虚函数在其相关之虚函数表中的索引值。也就是说，对一个virtual member function 取地址，所获得的只是一个索引值。
②多重继承下，指向member function的指针
    为了让指向member function的指针也能支持多重继承和虚拟继承，专家设计了下面一个结构体：
struct _mptr{
    int delta;//增量，多重继承下调整this指针用
    int index;//虚函数表中某个虚函数的索引值
    union{
        ptrtofunc faddr;//nonvirtual member function地址
        int v_offset;//一个virtual（或多重继承中的第二或后继的）base class的vptr的位置。
    };
};


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