c++对象模型

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2024-03-16 23:16 42阅读 0赞

*  C语言中，数据与处理数据的操作（函数）是分开声明的，这种程序方法被称为**程序性**的；而在c++中，则是使用**abstract data type（ADT）或class hierarchy的数据封装**
 *  c++对于结构体和函数（不包含virtual和non-inline）的封装并没有增加布局成本，对于**C++而言，在布局以及存取时间上主要的额外负担是由virtual引起**
    
     *  virtual function
     *  virtual base class

## The c++ Object Model ##

*  c++中，有两种class data members：static and nonstatic，和三种class member functions：static、non-static and virtual
 *  现有以下class声明：
    
        class Point
        {
        public:
            Point(float xval);
            virtual ~Point();
            
            float x() const;
            static int PointCount();
            
        protected:
            virtual ostream& print( ostream & os ) const;
            
            float _x;
            static int _point_count;
        }
 *  此 class 可以通过三种object models表示

### A Simple Object Model ###

*  一个object是一系列slots，每一个slots指向一个member，Members按其声明顺序，各被指定一个slot。每一个data member or function member都有自己的一个slot
 *  目的：尽量减低C++ complier的设计复杂度，但会损失空间和执行器的效率
    
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     *  意义：应用到c++的"指向成员的指针"观念中

### A Table-driven Object Model ###

*  将所有members的信息抽离出来放在一个member data table 和 一个member function table中，而class则含有指向这两个table的pointer

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*  意义：成为virtual function的一个方案

### The c++ Object Model ###

*  此模型从A Simple Object Model派生而来，并对内存空间和存取时间优化
 *  Nonstatic data members被配置于每一个class object内，static data members、Static function members、 nonstatic function members则被存放于个别的class object外。而用virtual functions来支持此model：
    
     *  virtual tabel（vtbl）中存放一些指向由class生成的virtual functions的pointer
     *  每个class object安插一个指针（vptr），此指针指向相关的virtual table。而vptr的setting 和 resetting都有class里的constructor、destructor、copy assignment运算符自动完成。每个class关联的type\_info object（支持runtime type identification，RTTI）亦由virtual table指出，通常放于表格中的第一个slot
 *  优点：空间和存取时间效率高
 *  缺点：若应用程序本身未改变，而class内的nonstatic data members有所修改，则应用程序代码需重新编译

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*  c++支持单一继承、多重继承、虚拟继承。虚拟继承中，base class不管在继承串链中被派生多少次，永远只存在一个实例subobject

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## A Keyword Distinction ##

*  C++为了维护和C之间的兼容性，为此付出了很多牺牲

int (*pq) ();

*  当语言无法区分此函数是declaration还是invocation时，需要一个超越语言范围的规则，此规则会将此函数判断为declaration
 *  struct的一个合理用途：将class object某个数据做封装，达到与C的兼容的空间布局，只有composition才支持
 *  template并没有兼容struct

## An Object Distinction ##

*  c++程序设计模型支持三种**programming paradigms**：
    
     *  procedural model
     *  abstract data type model
     *  object-oriented model
 *  object-oriented model中，被指定的object的真实类型在每个特定执行点前无法解析，只有通过pointer 和 reference才能完成；相反，abstract data type model中，所处理的是一个固体且单一类型的实例，真实类型早在编译时期就已定义，因此速度更快且空间排布更紧凑，但没有弹性
 *  c++用三种方法支持多态：
    
     *  经由一组隐式转化。如把derived class pointer转化为public base type的pointer
     *  经由virtual function机制
     *  经由dynamic\_cast和typeid运算符
 *  多态主要用途：由一个共同的接口影响类型封装，此接口通常被定义在抽象的base class
 *  class object所需的内存大小：
    
     *  nonstatic data members的总和大小
     *  任何由于alignment（将数值调整到某数倍数）的需求而padding的空间
     *  支持virtual产生的额外负担

### The Type of a Pointer ###

*  "指针类型"告诉编译器**如何解释目的地址中的内容和大小**，这也是为什么pointer和reference支持多态
 *  我们并不知道void\*指针涵盖的地址空间，因此**void\*的指针只含有一个地址，且不能操作所指向的object**
 *  **cast本质上是编译器指令，它并不改变指针所含的地址，而只影响"所指内存的大小和其内容"的解释方式**

### Adding Polymorphism ###

class A
    {
        public:
        	virtual action1();
        ...
    }
    
    
    class B : public A
    {
        //以下皆为B独有
        public:
        	...
        	void rotate();
        
        protected:
        	enum action2 {...};
        	int n;
    }
    
    B b;
    A* p1 = &b;
    B* p2 = &b;

*  显然，我们并不不能用p1处理A以外的members，唯一方法是通过virtual
    
        //以下都可行
        (static_cast<B*> (p1))->n;
        
        if( B*p3 = dynamic_cast<B*>(p1) )	//此为run-time operation,成本较高
            p3->n;

p1->action1()

*  p1将在编译器决定以下两点：
    
     *  固定的可用接口
     *  此接口的access level

B b;
    A a1 = b;	//造成sliced
    
    a1.action1();	//调用A中的

*  为什么a1中的vptr不会指向b的virtual table?
    
     *  编译器需确保若object含有一个或一个以上的vptrs，这些vptrs内容不会被base class object**初始化或改变**
 *  为什么action1()依旧是调用的A的？
    
     *  多态并不适用于直接存取objects

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