Function 语意学

╰半橙微兮° 2022-08-05 15:20 152阅读 0赞

## 概述 ##

在前面文章《[C++对象模型][C]》可以知道，class 中成员函数的类型有：nonstatic member function、static member function、virtual member function；不同类型的成员函数的调用会有不同的表现，以下对每一种类型的成员函数进行简单的分析。

## nonstatic member functions ##

为了使 nonstatic member function 能够与非成员函数具有相同的效率，C++ 编译器内部将 nonstatic member function 转换为非成员函数，转换的步骤如下：

1.  改写函数的 signature（函数原型）以添加一个 this 指针；
2.  通过 this 指针存取操作 nonstatic data member；
3.  将成员函数经过名称特殊处理转换为非成员函数；

例如：

class example{
    public:
        void func();
    };
    /* 其中成员函数 func() 会被编译器内部转换为 void func(example *this)*/

## Static member functions ##

Static member function 和 nonstatic member function 一样会被编译器内部转换为非成员函数，区别是转换后不存在 this 指针，因此和全局函数一样，可以做 callback 函数。Static member function 有以下的特性：

1.  不能直接存取其 class 中的 nonstatic member；
2.  不能被声明为 const、volatile 或 virtual；
3.  一般不需要经由 class object 调用；

## virtual member function ##

### 独立的 class ###

在独立的 class 中 virtual member function 的调用有两种方式：*指针调用* 和 *对象调用*。例如：

class A {
        virtual void func();
    };
    A a；
    A *pA;
    a.func();
    pA->func();

用指针调用`pA->func()`在编译器内部被转换为`( * pA->vptr[1])(pA)`；  
用对象调用 `a.func()` 在内部被当作和非虚拟成员函数一样处理，即转换为`A::func(&a)`；所以 virtual 可以inline，在用对象调用的情况下inline 被展开。

### 单一继承的 class ###

具有 virtual member function 的 class，编译器对其产生一个 vtable， 把指向虚函数地址的指针放在该表格中；继承含有 virtual member function 类的派生类具有以下的特性：

1.  保留 base class 中每个 virtual function 的指针在 vtable 中的索引值及其顺序；
2.  若 derived class 改写了该 virtual function，则在表格中对应的项上用新函数的地址替换原来函数的地址；
3.  当 derived class 增加新的虚函数，新的虚函数的地址放在 vtable 中靠后的地方，并不影响表格中已有函数的次序；

### 多重继承的 class ###

像单继承一样，用基类的指针或引用只能访问基类中定义（或继承）的成员，不能访问派生类中引入的成员。当一个类继承于多个基类的时候，那些基类之间没有隐含的关系，不允许使用一个基类的指针访问其他基类的成员。

在多重继承的 virtual function 机制中，其复杂度围绕在第二个及后继的 base class 中，以及在执行期间调整 this 指针；一般规则经由指向第二或后继 base class 的指针或引用来调用 derived class virtual function。

### 虚继承的 class ###

在虚继承下，对给定虚基类，无论该类在派生层次中作为虚基类出现多少次，只继承一个共享的基类子对象。共享的基类子对象称为虚基类。

## 指向成员函数的指针 ##

class A {
        
        void func();
        virtual void x();
    };

对非虚函数`void func()`，取它的指针得到的是函数的实际地址(即绑定在某个 class object 的地址)，如：`void (A::*pfunc) () = &A::func;` ；  
对虚函数`virtual void x()`，取它的地址得到的是`x`在 `class A` 的 vtable 中的索引值，如:`viod (A::*pfunc) () = &A::x`;  
使用 class object 或指向class object 的指针来调用，即用`a.*pfunc()` 或 `pa->*pfunc()` 调用；

## Inline Function ##

当我们在 class 中定义 inline function 时，编译器会根据函数的复杂程度决定是否真正定义为 inline 类型，对不能真正定义为 inline function 的请求，编译器可能把它们处理为 static member function；真正的 inline function 的扩展操作是在调用的那一点上，这会带来参数的求值操作以及临时性对象的管理；

[C]: http://blog.csdn.net/chenhanzhun/article/details/43699807