深度探索C++对象模型之第四章：函数语义学

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C++有三种类型的成员函数：1.static/nonstatic/virtual

一、成员的各种调用方式

　　C with Classes 只支持非静态成员函数（Nonstatic Member Functions）。

　 20世纪80年代中期，又引入了virtual functions，但有一种常见的观点是virtual 函数只不过是一种跛脚的函数指针，没有什么用；

　 1987年，static member functions最后被引入。

　　1.1 非静态成员函数

　　设计准则之一就是非静态成员函数必须与一般非成员函数具有相同的效率，选择成员函数不应该带来任何额外负担，因为编译器已经将成员函数实例转换为对等的非成员函数实例。

例子如下：

这是magnitude3d的成员函数定义：

float Point3d::magnitude() const {
   return sqrt(_x * _x + _y * _y + _z*_z);
}

这是magnitude3d非成员函数：

float magnitude3d(const Point3d * _this) {
    return sqrt(_this->_x * _this->_x  +
                   _this->_y * _this->_y +
                   _this->_z * _this->_z);
}

下面来看看编译器是如何将上述的成函数转换为非成员函数的：

• 改写函数的signature（原型）以安插一个额外的参数到成员函数中，用以提供一个存取管道，使类对象得以将此函数调用，该函数称为this指针。

//non-const nonstatic member的扩张过程
Point3d
Point3d::magnitude(Point3d* const this)

//member function是const的则如下所示：
Point3d
Point3d::mgnitude(const Point3d *const this);

• 将每个对非静态数据成员的存取操作，改为经由this指针来存取

{
   return sqrt(this->_x * this->_x +
                   this->_y * this->_y +
                   this->_z * this->_z );
}

• 将memberfunction重新写成一个外部函数，将函数名经过“mangling”处理（名字修饰）处理，使得它在程序中称为独一无二的词语：

extern magnitude_7Point3dFv(
          register Point3d * const this);

经过上述操作，该函数已经被转换好了，那么每个对该函数的操作都需要进行转换，意思就是，你代码中所有调用到该函数的部分都会被替换为那个独一无二的词语。

　　再举个例子如下所示：

Point3d  //这个Point3d是返回类型的值
Point3d::normalize() const {
    registe float mag = magnitude();
    return Point3d( _x /mag , _y /mag, _z /mag);
}

　上述代码经过编译器会转换成下述格式：

void normalize_7Point3Fv(register const Point3d * const this,
                                     Point3d &_result)
{
    register float mag = this->magnitude();
    //_result用以取代返回值（return value）
    _result.Point3d::Point3d （
              this->_x/mag, this->_y/mag, this->_z/mag
   ）;

    return ;
}

经过上述操作，可以节省default constructor初始化引起的额外负担。

　　1.2 名称的特殊处理

我们讲个比较好玩的东西，Name Mangling，名称的特殊处理，这是个什么东西呢？

　　一般而言，member的前面会加上类的名字，如下所示：

class Bar {public :int val;...}

上其中的ival经过 name mangling后，会变成下面这个样子：

　　ival_3Bar;

为什么编译器会这么做呢? 考虑下述派生操作：

class Foo : public Bar (public int ival; ...);

由于Foo对象内部结合了基类和派生类对象两者：则Foo的内部描述如下所示：

class Foo {
public:
   int ival_3Bar;
    int ival_3Foo;

};

上不管你要处理哪个ival，通过name mangling都可以独一无二的找到，当然由于member function可以被重载，所以name mangling可以有各种各样的手法，比如参数类型和参数列表；

但是name mangling后的名字一般是不可见的。

　 1.3 虚成员函数（virtual member functions）

若normalize()是一个虚成员函数，那么下述调用将会被抓换为

　　ptr->normalize();

变成：

　　（*ptr->vptr[1]）(ptr);

其中：

　　1.vptr是由编译器产生的指针，指向virtual table。它被安插在每个"声明有一个或多virtual functions"的class object中，其实vptr也难躲被mangled，因为在一个复杂的class派生体系中，可能存在多vptr。

2. 1 是virtual table slot 的索引值，关联到normalize();

3. 第二个ptr表示this指针；

类似道理：

　　如果magnitude()也是一个virtual function，它在normalize()中将会被转换为下述形式：

//register float mag = magnitude();
register float mag = (*this->vptr[2])(this);

由于Point3d::magnitude()是在Point3d::normalize()中调用的，后者已经由虚拟机制处置妥当，所以显式的调用Point3d::magnitude()会比较有效率，并因此压抑由虚拟机制而产生的不必要重复调用。

　　register float mag = Point3d::magnitude();