Function语义学——Member的各种调用方式

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前言

 
最初的C with classes只支持nonstatic member functions。Virtual function在80年代中期被加入，static member function是1987年被最后加入。

Nonstatic Member Functions

 
C++的一大设计准则是：nonstatic member function至少需要与一般的nonmember function具备同样的效率。也就是说，假定现在有两个函数如下：

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float magnitude3d(const Point3d *_this) {...}
float Point3d::magnitude3d() const {...}

这两个函数至少保证具备一致的调用效率，事实上，编译器总是会把member function转为对应的nonmember形式。

假设nonmember function定义式如下：

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

member function的转化步骤

  • 改写函数signature
    具体来说，则是增加一个额外参数*this，保证class object得以调用。

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    float Point3d::magnitude(Point3d* const this);

    如果member function具备const属性，则函数被转化为

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    float Point3d::magnitude(const Point3d* const this);

  • 将data member的存取操作改为通过this指针完成：

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    return sqrt(_this->_x*_this->_x+
                _this->_y*_this->_y+
                _this->_z*_this->_z);

  • 将转化后的member function重写为一个外部函数，并对它执行名变化处理。

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    extern magnitude_7Point3dFv(register Point3d *const this);//独一无二的名称

现该函数已被转化完成，相对应的调用操作也需要执行转化：

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//转化前
obj.magnitude();
ptr->magnitude();
//转化后
magnitude_7Point3dFv(&obj);
magnitude_7Point3dFv(ptr);

名变换

一般来说，member的名称前面需要加上class名称，形成独一无二的命名。举例而言：

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

其中的ival可能被名变换为ival_3Bar，编译器为什么需要对每一个member在名变换时考虑其class？
考虑下面的派生操作：
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class Foo:public Bar {public:int ival;...};

在经过名变换后，Foo的内部描述如下所示：
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class Foo{
public:
    int ival_3Bar;
    int ival_3Foo;
    ...
};

这样保证了在名变换后可以清楚地指出任何一个值。
Member functions可以被重载，因此其需要更广泛地名变换手法，例如：
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//名变换前
class Point{
public:
    void x(float newX);
    float x();
    ...
}
//名变换后
class Point{
public:
    void x_5PointFf(float newX);
    float x_5PointFv();
    ...
}

这种将参数与函数名结合的名变换（函数名称+参数数目+参数类型）保证了：函数如果出现了错误的声明或调用形式，则无法发生正确的连接。但显然，它无法判断返回类型声明错误这种情况。

Virtual Member Functions

 
如果normalize()是一个virtual member function，那么以下的调用：

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ptr->normalize();

将会被内部转化为：
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(*ptr->vptr[1])(ptr);

Static Member Functions

 
nonstatic member functions之所以需要this指针，是因为其对某个具体的member进行存取。Static member function不需要存取具体的member，因此它也无需使用this指针。

Static member function具备三大特性：

  1. 不能够直接存取nonstatic member
  2. 不能被声明为const、volatile或virtual
  3. 无需经由class object被调用

由于缺乏this指针，static member function在内存布局中与nonmember function即为类似。