Data语义学——指向Data Members的指针

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前言

 
通过指向Data Members的指针，我们可以更加细致地探究对象布局，比如说了解vptr是在顶端还是底端，又或者说了解class中access sections的次序。

问题实例

 
考虑下面的Point3d，其内含一个virtual function，一个static member，以及三个坐标值：

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class Point3d{
public:
    virtual ~Point3d();
    ...
private:
    static Point3d origin;
    float x,y,z;
};

该class object内部会含有vptr，我们不能确定的是其位于头部还是尾部。

在一个32位的机器上，一个float是4bytes，一个vptr也是4bytes。因此，三个坐标值在对象中的偏移量应该是0,4,8（vptr位于尾部）或4,8,12（位于头部）。但如果你去取data members的地址，传回的值会总是多1，也就是1,5,9或5,9,13。下面将详细描述原因。

问题剖析

 
如何区分一个“没有指向任何data member”的指针和一个“指向第一个data member的指针”？考虑如下例子：

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float Point3d::*p1 = 0;//Point3d::*的意思在于“指向Point3d data member”的指针类型
float Point3d::*p2 = &Point3d::x;

if(p1==p2){//如何区分p1 p2?
    cout << "contain same value" << endl;
}

为了区分p1与p2，每一个真正的member offset值都会被加1，因此编译器和开发者都应当明确，在真正使用该值以指出一个member之前，先减1。

真正Data地址与offset

在明确了“指向data members的指针”之后，我们发现解释& Point3d::z与& origin.z之间的差异则非常容易。
取一个nonstatic data member的地址将获得其在class中的offset，而取一个绑定于真正object身上的data，将会得到该member在内存中的真正地址。。那么我们执行

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& origin.z - & Point3d::z

返回得到的就是origin的其实地址，但其类型是float *而非float Point3d::*。

多重继承

 
在多重继承下，如果需要将后继base class的指针和一个“derived class object data member”相结合，会由于需要加入offset而变得相当复杂，举例而言：

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struct Base1 {int val1;};
struct Base2 {int val2;};
struct Derived:Base1,Base2 {...};
void func1(int derived::*dmp,Derived *pd){
    //期待的是一个指向derived的data member指针
    //但实际传入的可能是一个指向base class的data member的指针
    pd->*dmp;
}
void func2(Derived *pd){
    //bmp==1,但在derived中，val2==5
    int Base2::*bmp = &Base2::val2;
    func1(bmp,pd);
}

当bmp被作为func1的第一个参数时，其值必须受到调整，否则pd->*dmp将存取到Base::val1，而非开发者所以为的Base::val2。为了解决这个问题，必须由编译器转为：
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//非null判定
func1(bmp?bmp+sizeof(Base1):0,pd);

“指向Members的指针”的效率问题

 
接下来作者以一系列数据比较了不同编译器优化下经由指针存取members的效率。