深度探索C++对象模型笔记之四――函数语意学（上）

本章由下面问题引出：

当存在如下代码：

float 
   

Point3d::magnitude() const 
   

{ 
   

   return sqrt( 
   

         _x * _x + _y * _y + _z * _z 
   

   ); 
   

} 
   

 

Point3d Point3d::normalize() const 
   

{ 
   

   register float mag = magnitude(); 
   

   Point3d normal; 
   

   normal._x = _x/mag; 
   

   normal._y = _y/mag; 
   

   normal._z = _z/mag; 
   

   return normal; 
   

} 
   

 

Point3d obj; 
   

Point3d *ptr = &obj; 
   

 

进行这样函数调用：

obj.normalize();

ptr->normalize();

会发生什么事？

 

答案是：不确定。因为 C++ 支持三种类型的成员函数： nostatic ， static ， virtual ，每种类型的函数的被调用的方式不同！

 

4.1 Member的各种调用方式

1 ）非静态成员函数

C++ 设计准则之一：非静态成员函数至少必须和一般的非成员函数有相同的效率。

 

方法是：编译器内部已将“成员函数实体”转换为“非成员函数实体”

 

转换步骤：

1.       改写函数的 signature （函数原型），即安插一个额外形参，该参数为 this 指针。对于非静态非 const 的成员函数，安插的 this 指针是 const 的，即是 X *const this ， X 为一个类；对于对于非静态 const 的成员函数，安插的 this 指针是 const 且所指对象也是 const 的，即 const X *const this 。这也是“ const 对象、指向 const 对象的指针或引用只能用于调用其 const 成员函数，如果尝试用它们调用非 const 成员函数，则是错误的（ C++ Primer 4th 7.7.1 ）”的原因。

2.       将函数体中“对 nonstatic data member ”的存取操作改为经由 this 指针来存取。

3.       将 member function 重新写成一个外部函数，对函数名进行处理，使它在程序中成为独一无二的名称。

经过上述处理， normalize 函数变成类似下面的外部函数 ( 假设 Point3d copy constructor 已声明，NRV优化已实施)：

extern void normalize_ _7Point3dFv(

   register const Point3d *const this,

Point3d &__result ) /* 多一个 __result 参数的原因 见 P63――P71*/

{

   register float mag = this->magnitude();

 

   // default constructor

   __result.Point3d::Point3d();

 

   __result._x = this->_x/mag;

   __result._y = this->_y/mag;

   __result._z = this->_z/mag;

 

   return;

}

对该函数调用的操作也需要修改, 于是

obj.normalize();

变成：

Point3d res;

normalize _ _ 7Point3dFv(&obj, res);

而

ptr ->normalize();

变成：

Point3d res;

normalize _ _ 7Point3dFv( ptr, res);

 

若未进行 NRV 优化，则

obj.normalize();

变成：

normalize _ _ 7Point3dFv(&obj);

而

ptr ->normalize();

变成：

normalize _ _ 7Point3dFv( ptr );

 

名称处理：

待整理

 

2 ）虚成员函数

若 normalize() 是一个虚函数，则以下调用：

ptr ->normalize();

则转化成：

( * ptr->vptr[ 1 ])( ptr );

其中：

l         vptr 是编译器产生的指针，指向虚表（ virtual table ），每个包含一个或多个虚函数的类对象都会包含一个 vptr 。

l         1 是 virtual table slot 的索引值，它关联 normalize () 函数

l         ( ptr ) 中的 (ptr 表示 this 指针

 

而对于以下调用

// Point3d obj;

obj.normalize();

则没有必要转化成
    

（ *obj.vptr[1] ）（ &obj ）

而应该转化成这样：

normalize _ _ 7Point3dFv(&obj); /* 即和非静态成员函数调用一样 */

因为经由一个类对象或类域操作符（ :: ）调用一个虚函数，这种操作总是像调用一般非静态成员函数一样。（只有通过引用或指针，虚函数才可能呈现多态性）

3 ）静态成员函数

若 normalize() 是一个静态成员函数，则以下调用：

obj.normalize();

ptr->normalize();

则转化成：

// obj.normalize();

normalize__7Point3dSFv();

// ptr->normalize();

normalize__7Point3dSFv();

 

静态成员函数的主要特性是没有 this 指针，下面的次要特性都根源于此主要特性

1.       不能直接存取类中的非静态成员

2.       不能被声明为 const ， volatile 或 virtual

3.       不需要（但可以）经由类对象才被调用，通常使用类：：调用静态成员函数

 

若取一个 静态成员函数的地址，则就是其在内存中的地址，其地址的类型并不是一个“指向类成员函数的指针”，而是 一个“非成员函数指针”。

例如，对于静态成员函数

unsigned int 
    

Point3d:: object_count() 
    

{ 
    

   return _object_count; 
    

} 
    

会转换成：

unsigned int

object_count__5Point3dSFv()

{

   return _object_count__5Point3d;

}

则

&Point3d::object_count(); 
    

会得到一个数值，其类型是：

unsigned int (*)();

而不是

unsigned int ( Point3d::* )();

 

静态成员函数由于缺乏 this 指针，因此差不多等同于非成员函数。