member functions的呼叫方式

• c++支持三種型別的member functions：static、nonstatic、virtual，且每一種呼叫方式不盡相同

nonstatic member functions

• nonstatic member function至少和nonmember function有著相同的效率

? 現有如下函式呼叫：

float do(const A *_this) {...}
float A::do() const {...}

//第一個函式轉換
float do(const A *_this)
{
    
    return sqrt(
    	_this->x * _this->x + _this->y * _this->y + _this->z * _this->z
    )
        
};

//第二個nonstatic member function轉換成上面相同的形式nonmember function

• nonstatic member function轉化為 nonmember function步驟：

  • 改寫函式原型以安插一個額外引數到member function，將提供class object存取渠道，此引數也就是this指標，若member function為const，this也需加個const

    float do(const A* const _this)
    

  • 將每個對nonstatic data member的存取操作改為this指標

    _this->x * _this->x + _this->y * _this->y + _this->z * _this->z
    

  • 將member function經過mangling處理重新寫為一個外部函式，且名稱是獨一無二的

    extern do_7AFv(  A* const this );
    

• 一般而言，data member的名稱前會加上class名稱，形成獨一無二的命名；而member function則還需加上引數鏈表

  class B { public: int val; ... };
  
  //對val進行name mangling
  val_3;
  
  -----------------------
      
  class C
  {
      public:
      	void x(float newX);
      	float x();
  }
  
  //member function進行name mangling
  void x__5CFf(float newX);
  float x__5CFv();
  

virtual member functions

? 現有如下代碼：

class A
{
    virtual A do1() const;
    virtual float do2() const;
}

A a;
A* pt = &a;

pt->do1();
//轉化
( *pt->vptr[1] )(pt);

float d = do2();
//轉化
float d = ( *this->vptr[2] )( this );

a.do1();
//轉化
( *a.vptr[1] )( &a ); 

? ( * pt -> vptr [1] )( pt )其中：1為virtual table slot的索引值，關聯到virtual member function，也就是do1()

? ( *a.vptr[1] )( &a ) 沒有必要，應該這樣呼叫：A::do1()

• 經由class object呼叫virtual function優化跟nonstatic member function一樣

• 為支持virtual function機制，需要能對多型物件進行執行期型別判斷，將必要資訊加在指標或參考上，而必要資訊則有：

  • 指標或參考指向的物件的地址
  • 物件型別的結構的地址

• 多型表示用一個public base class的指標或參考尋址一個derived class object

  Point* ptr;
  ptr = new Point2d;
  

  • 當前ptr被稱為消極的多型形式，可以在編譯時期完成（virtual base class除外）；當ptr指出的具體物件被使用時才是積極的

    ptr->z();
    

  • class是否支持多型，唯一方法是看其是否有virtual function

• 實作多型，我們需要在每個class object上增加兩個members：

  • 一個字串或數字，表示class型別
  • 一個指標，指向一表格，表格中含有virtual functions執行期地址

• 隨后只需兩步即可找到其地址：

  • 每個class object安插一個由編譯器生成的指標，該指標指向表格
  • 每個virtual function被指派一個表格索引值

• 一個class只有一個virtual table，每個table內含對應的class object中的active virtual functions實體地址，而active virtual functions又包括：

  • 這一class定義的函式實體
  • 繼承自base class的函式實體
  • 一個pure virtual called函式

• 對于多重繼承，銷毀物件時若呼叫delete需要指向derived class object的起始處，但因為指標或參考真正所指的物件在執行期才可以確定，所以offset無法在編譯期求得，針對多重繼承這種情況，derived class需要內含n-1個額外的virtual tables（n表示其上一層base classes個數），那么如何支持一個class擁有多個virtual tables呢？只需將每一個tables以外部物件的形式產出，并賦予獨一無二的名稱

• 不要在virtual base class中宣告nonstatic data members

static member function

• static member function特性：
  • 沒有this指標，成為一個callback函式
  • 不可直接存取class中的nonstatic members
  • 不可被宣告為const、volatile、virtual
  • 不需要經由class object呼叫
• static member function同樣也有name mangling
• 對static member function取地址，得到的是記憶體中的地址；由于沒有this指標，static member function地址型別是一個nonmember函式指標

指向member functions 的指標

• 指向member function的指標和指向member selection operator的指標，其作用是作為this指標的空間保留者，這也說明了為什么static member function的指標型別是函式指標，畢竟其沒有this指標

• 使用member function指標，若不用于virtual function、多重virtual繼承、virtual base class，其成本跟用nomember function指標差不多

• virtual member function的地址在編譯期是未知的，我們所能知道的僅是virtual function在其相關之virtual table的索引值

inline functions

• inline關鍵詞只是一個請求，若此請求被編譯期接受，編譯期則認為其可以用一個運算式將函式展開

• inline函式的復雜度通過計算assignments、function calls、virtual function calls等操作的次數以及每個運算式種類的權值綜合決定

• 若函式因其復雜度或建構問題，被判斷不可稱為Inline，那么此函式將被轉換為static函式，并在"被編譯模塊"內產生對應的函式定義

• inline function展開期間，做了以下三件事：

  • 每個形參都被對應的實參取代，但這其中可能會導致實際引數的多次求值，面對這種情況，需要引入臨時物件，比如，若實際引數是常量運算式，在替換前先引入臨時物件，常量運算式求值后賦值給臨時物件，后繼inline替換只需使用臨時物件

    inline int min( int i, int j )
    {
        return i < j ? i : j;
    }
    
    inline int bar()
    {
        int minval;
        
        minval = min( foo(), bar() + 1 );
        
        return minval;
    }
    
    //minval = min( foo(), bar() + 1 )展開
    int t1, t2;
    
    minval = ( t1 = foo() ), ( t2 = bar() + 1 ), t1 < t2 ? t1 : t2;
    

  • 若內含區域變數，則需將區域變數放在函式呼叫的一個封閉區段，且擁有一個獨一無二的名稱，因為，如果Inline以單一運算式的方式擴展多次，每次擴展都需要自己的區域變數，特別是還含有副作用引數，可能會導致大量臨時性物件產生；但如果是分離成多個式子擴展多次，只需一組區域變數即可重復使用

    inline int min( int i, int j )
    {
        int minval = i < j ? i : j;		//區域變數
        return minval;
    }
    
    {
        ...
        //minval = min(val1, val2);
        int __min_lv_minval;
        minval = (__min_lv_minval = val1 < val2 ? val1 : val2), __min_lv_minval;
    }
    

  • inline函式提供強有力的工具，但于noninline函式相比還是需要更小心地處理

• 盡量不要Inline中套inline，可能會使簡單的Inline因其連鎖復雜度而沒辦法展開

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