member functions的調用方式

• c++支持三種類型的member functions：static、nonstatic、virtual，且每一種調用方式不盡相同

nonstatic member functions

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

​ 現有如下函數調用：

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

//第一個函數轉換
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：

  • 改寫函數原型以安插一個額外參數到member function，將提供class object存取渠道，此參數也就是this指針。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指針

    _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數，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則還需加上參數鏈表

  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，應該這樣調用：A::do1()

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

• 為支持virtual function機制，需要能對多態對象進行執行期類型判斷，將必要信息加在指針或引用上。而必要信息則有：

  • 指針或引用指向的對象的地址
  • 對象類型的結構的地址

• 多態表示用一個public base class的指針或引用定址一個derived class object

  Point* ptr;
  ptr = new Point2d;
  

  • 當前ptr被稱為消極的多態形式，可以在編譯時期完成（virtual base class除外）；當ptr指出的具體對象被使用時才是積極的

    ptr->z();
    

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

• 實現多態。我們需要在每個class object上增加兩個members：

  • 一個字元串或數字，表示class類型
  • 一個指針，指向一表格，表格中含有virtual functions執行期地址

• 隨後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針，該指針指向表格
  • 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實例地址。而active virtual functions又包括：

  • 這一class定義的函數實例
  • 繼承自base class的函數實例
  • 一個pure virtual called函數

• 對於多重繼承，銷毀對象時若調用delete需要指向derived class object的起始處，但因為指針或引用真正所指的對象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）。那麼如何支持一個class擁有多個virtual tables呢？只需將每一個tables以外部對象的形式產出，並賦予獨一無二的名稱

• 不要在virtual base class中聲明nonstatic data members

static member function

• static member function特性：
  • 沒有this指針，成為一個callback函數
  • 不可直接存取class中的nonstatic members
  • 不可被聲明為const、volatile、virtual
  • 不需要經由class object調用
• 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；由於沒有this指針，static member function地址類型是一個nonmember函數指針

指向member functions 的指針

• 指向member function的指針和指向member selection operator的指針，其作用是作為this指針的空間保留者。這也說明瞭為什麼static member function的指針類型是函數指針，畢竟其沒有this指針

• 使用member function指針，若不用於virtual function、多重virtual繼承、virtual base class，其成本跟用nomember function指針差不多

• 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表達式將函數展開

• inline函數的複雜度通過計算assignments、function calls、virtual function calls等操作的次數以及每個表達式種類的權值綜合決定

• 若函數因其複雜度或建構問題，被判斷不可稱為Inline，那麼此函數將被轉換為static函數，併在"被編譯模塊"內產生對應的函數定義

• 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參數的多次求值，面對這種情況，需要引入臨時對象。比如，若實際參數是常量表達式，在替換前先引入臨時對象，常量表達式求值後賦值給臨時對象，後繼inline替換隻需使用臨時對象

    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;
    

  • 若內含局部變數，則需將局部變數放在函數調用的一個封閉區段，且擁有一個獨一無二的名稱。因為，如果Inline以單一表達式的方式擴展多次，每次擴展都需要自己的局部變數，特別是還含有副作用參數，可能會導致大量臨時性對象產生；但如果是分離成多個式子擴展多次，只需一組局部變數即可重覆使用

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

  • inline函數提供強有力的工具，但於noninline函數相比還是需要更小心地處理

• 儘量不要Inline中套inline，可能會使簡單的Inline因其連鎖複雜度而沒辦法展開