1、一個C+成員函數(shù)只是類范圍內(nèi)的又一個成員。X類每一個非靜態(tài)的成員函數(shù)都會接受一個特殊的隱藏參數(shù)this指針，類型為X* const。該指針在后臺初始化為指向成員函數(shù)工作于其上的對象。同樣，在成員函數(shù)體內(nèi)，成員變量的訪問是通過在后臺計算與this指針的偏移來進行。struct P int p1; void pf(); / new virtual void pvf(); / new;P有一個非虛成員函數(shù)pf()，以及一個虛成員函數(shù)pvf()。很明顯，虛成員函數(shù)造成對象實例占用更多內(nèi)存空間，因為虛成員函數(shù)需要虛函數(shù)表指針。這一點以后還會談到。這里要特別指出的是，聲明非虛成員函數(shù)不會造成任何對象實例的

2、內(nèi)存開銷。現(xiàn)在，考慮P:pf()的定義。void P:pf() / void P:pf(P *const this) +p1; / +(this-p1);這里P:pf()接受了一個隱藏的this指針參數(shù)，對于每個成員函數(shù)調(diào)用，編譯器都會自動加上這個參數(shù)。同時，注意成員變量訪問也許比看起來要代價高昂一些，因為成員變量訪問通過this指針進行，在有的繼承層次下，this指針需要調(diào)整，所以訪問的開銷可能會比較大。然而，從另一方面來說，編譯器通常會把this指針緩存到寄存器中，所以，成員變量訪問的代價不會比訪問局部變量的效率更差。譯者注：訪問局部變量，需要到SP寄存器中得到棧指針，再加上局部變量與棧頂

3、的偏移。在沒有虛基類的情況下，如果編譯器把this指針緩存到了寄存器中，訪問成員變量的過程將與訪問局部變量的開銷相似。5.1 覆蓋成員函數(shù)和成員變量一樣，成員函數(shù)也會被繼承。與成員變量不同的是，通過在派生類中重新定義基類函數(shù)，一個派生類可以覆蓋，或者說替換掉基類的函數(shù)定義。覆蓋是靜態(tài)（根據(jù)成員函數(shù)的靜態(tài)類型在編譯時決定）還是動態(tài)（通過對象指針在運行時動態(tài)決定），依賴于成員函數(shù)是否被聲明為“虛函數(shù)”。1 / 14Q從P繼承了成員變量和成員函數(shù)。Q聲明了pf()，覆蓋了P:pf()。Q還聲明了pvf()，覆蓋了P:pvf()虛函數(shù)。Q還聲明了新的非虛成員函數(shù)qf()，以及新的虛成員函數(shù)qvf()。

4、struct Q : P int q1; void pf(); / overrides P:pf void qf(); / new void pvf(); / overrides P:pvf virtual void qvf(); / new;對于非虛的成員函數(shù)來說，調(diào)用哪個成員函數(shù)是在編譯時，根據(jù)“-”操作符左邊指針表達式的類型靜態(tài)決定的。特別地，即使ppq指向Q的實例，ppq-pf()仍然調(diào)用的是P:pf()，因為ppq被聲明為“P*”。（注意，“-”操作符左邊的指針類型決定隱藏的this參數(shù)的類型。）P p; P* pp = &p; Q q; P* ppq = &q; Q* pq = &

5、q;pp-pf(); / pp-P:pf(); / P:pf(pp);ppq-pf(); / ppq-P:pf(); / P:pf(ppq);pq-pf(); / pq-Q:pf(); / Q:pf(P*)pq); （錯誤!）pq-qf(); / pq-Q:qf(); / Q:qf(pq);譯者注：標記“錯誤”處，P*似應為Q*。因為pf非虛函數(shù)，而pq的類型為Q*，故應該調(diào)用到Q的pf函數(shù)上，從而該函數(shù)應該要求一個Q* const類型的this指針。對于虛函數(shù)調(diào)用來說，調(diào)用哪個成員函數(shù)在運行時決定。不管“-”操作符左邊的指針表達式的類型如何，調(diào)用的虛函數(shù)都是由指針實際指向的實例類型所決定。比

6、如，盡管ppq的類型是P*，當ppq指向Q的實例時，調(diào)用的仍然是Q:pvf()。pp-pvf(); / pp-P:pvf(); / P:pvf(pp);ppq-pvf(); / ppq-Q:pvf(); / Q:pvf(Q*)ppq);pq-pvf(); / pq-Q:pvf(); / Q:pvf(P*)pq); （錯誤?。┳g者注：標記“錯誤”處，P*似應為Q*。因為pvf是虛函數(shù)，pq本來就是Q*，又指向Q的實例，從哪個方面來看都不應該是P*。為了實現(xiàn)這種機制，引入了隱藏的vfptr成員變量。一個vfptr被加入到類中（如果類中沒有的話），該vfptr指向類的虛函數(shù)表（vftable）。類中

7、每個虛函數(shù)在該類的虛函數(shù)表中都占據(jù)一項。每項保存一個對于該類適用的虛函數(shù)的地址。因此，調(diào)用虛函數(shù)的過程如下：取得實例的vfptr；通過vfptr得到虛函數(shù)表的一項；通過虛函數(shù)表該項的函數(shù)地址間接調(diào)用虛函數(shù)。也就是說，在普通函數(shù)調(diào)用的參數(shù)傳遞、調(diào)用、返回指令開銷外，虛函數(shù)調(diào)用還需要額外的開銷。回頭再看看P和Q的內(nèi)存布局，可以發(fā)現(xiàn)，VC+編譯器把隱藏的vfptr成員變量放在P和Q實例的開始處。這就使虛函數(shù)的調(diào)用能夠盡量快一些。實際上，VC+的實現(xiàn)方式是，保證任何有虛函數(shù)的類的第一項永遠是vfptr。這就可能要求在實例布局時，在基類前插入新的vfptr，或者要求在多重繼承時，雖然在右邊，然而有vfp

8、tr的基類放到左邊沒有vfptr的基類的前面。許多C+的實現(xiàn)會共享或者重用從基類繼承來的vfptr。比如，Q并不會有一個額外的vfptr，指向一個專門存放新的虛函數(shù)qvf()的虛函數(shù)表。Qvf項只是簡單地追加到P的虛函數(shù)表的末尾。如此一來，單繼承的代價就不算高昂。一旦一個實例有vfptr了，它就不需要更多的vfptr。新的派生類可以引入更多的虛函數(shù)，這些新的虛函數(shù)只是簡單地在已存在的，“每類一個”的虛函數(shù)表的末尾追加新項。5.2 多重繼承下的虛函數(shù)如果從多個有虛函數(shù)的基類繼承，一個實例就有可能包含多個vfptr?？紤]如下的R和S類：struct R int r1; virtual void p

9、vf(); / new virtual void rvf(); / new;struct S : P, R int s1; void pvf(); / overrides P:pvf and R:pvf void rvf(); / overrides R:rvf void svf(); / new;這里R是另一個包含虛函數(shù)的類。因為S從P和R多重繼承，S的實例內(nèi)嵌P和R的實例，以及S自身的數(shù)據(jù)成員S:s1。注意，在多重繼承下，靠右的基類R，其實例的地址和P與S不同。S:pvf覆蓋了P:pvf()和R:pvf()，S:rvf()覆蓋了R:rvf()。S s; S* ps = &s;(P*)ps)

10、-pvf(); / (*(P*)ps)-P:vfptr0)(S*)(P*)ps)(R*)ps)-pvf(); / (*(R*)ps)-R:vfptr0)(S*)(R*)ps)ps-pvf(); / one of the above; calls S:pvf()譯者注： 調(diào)用(P*)ps)-pvf()時，先到P的虛函數(shù)表中取出第一項，然后把ps轉化為S*作為this指針傳遞進去； 調(diào)用(R*)ps)-pvf()時，先到R的虛函數(shù)表中取出第一項，然后把ps轉化為S*作為this指針傳遞進去；因為S:pvf()覆蓋了P:pvf()和R:pvf()，在S的虛函數(shù)表中，相應的項也應該被覆蓋。然而，我們很

11、快注意到，不光可以用P*，還可以用R*來調(diào)用pvf()。問題出現(xiàn)了：R的地址與P和S的地址不同。表達式(R*)ps與表達式(P*)ps指向類布局中不同的位置。因為函數(shù)S:pvf希望獲得一個S*作為隱藏的this指針參數(shù)，虛函數(shù)必須把R*轉化為S*。因此，在S對R虛函數(shù)表的拷貝中，pvf函數(shù)對應的項，指向的是一個“調(diào)整塊”的地址，該調(diào)整塊使用必要的計算，把R*轉換為需要的S*。譯者注：這就是“thunk1: this-= sdPR; goto S:pvf”干的事。先根據(jù)P和R在S中的偏移，調(diào)整this為P*，也就是S*，然后跳轉到相應的虛函數(shù)處執(zhí)行。在微軟VC+實現(xiàn)中，對于有虛函數(shù)的多重繼承，只

12、有當派生類虛函數(shù)覆蓋了多個基類的虛函數(shù)時，才使用調(diào)整塊。5.3 地址點與“邏輯this調(diào)整”考慮下一個虛函數(shù)S:rvf()，該函數(shù)覆蓋了R:rvf()。我們都知道S:rvf()必須有一個隱藏的S*類型的this參數(shù)。但是，因為也可以用R*來調(diào)用rvf()，也就是說，R的rvf虛函數(shù)槽可能以如下方式被用到：(R*)ps)-rvf(); / (*(R*)ps)-R:vfptr1)(R*)ps)所以，大多數(shù)實現(xiàn)用另一個調(diào)整塊將傳遞給rvf的R*轉換為S*。還有一些實現(xiàn)在S的虛函數(shù)表末尾添加一個特別的虛函數(shù)項，該虛函數(shù)項提供方法，從而可以直接調(diào)用ps-rvf()，而不用先轉換R*。MSC+的實現(xiàn)不是這

13、樣，MSC+有意將S:rvf編譯為接受一個指向S中嵌套的R實例，而非指向S實例的指針（我們稱這種行為是“給派生類的指針類型與該虛函數(shù)第一次被引入時接受的指針類型相同”）。所有這些在后臺透明發(fā)生，對成員變量的存取，成員函數(shù)的this指針，都進行“邏輯this調(diào)整”。當然，在debugger中，必須對這種this調(diào)整進行補償。ps-rvf(); / (R*)ps)-rvf(); / S:rvf(R*)ps)譯者注：調(diào)用rvf虛函數(shù)時，直接給入R*作為this指針。所以，當覆蓋非最左邊的基類的虛函數(shù)時，MSC+一般不創(chuàng)建調(diào)整塊，也不增加額外的虛函數(shù)項。5.4 調(diào)整塊正如已經(jīng)描述的，有時需要調(diào)整塊來調(diào)

14、整this指針的值（this指針通常位于棧上返回地址之下，或者在寄存器中），在this指針上加或減去一個常量偏移，再調(diào)用虛函數(shù)。某些實現(xiàn)（尤其是基于cfront的）并不使用調(diào)整塊機制。它們在每個虛函數(shù)表項中增加額外的偏移數(shù)據(jù)。每當虛函數(shù)被調(diào)用時，該偏移數(shù)據(jù)（通常為0）,被加到對象的地址上，然后對象的地址再作為this指針傳入。ps-rvf();/ struct void (*pfn)(void*); size_t disp; ;/ (*ps-vfptri.pfn)(ps + ps-vfptri.disp);譯者注：當調(diào)用rvf虛函數(shù)時，前一句表示虛函數(shù)表每一項是一個結構，結構中包含偏移量；后一

15、句表示調(diào)用第i個虛函數(shù)時，this指針使用保存在虛函數(shù)表中第i項的偏移量來進行調(diào)整。這種方法的缺點是虛函數(shù)表增大了，虛函數(shù)的調(diào)用也更加復雜?，F(xiàn)代基于PC的實現(xiàn)一般采用“調(diào)整跳轉”技術：S:pvf-adjust: / MSC+this -= SdPR;goto S:pvf()當然，下面的代碼序列更好（然而，當前沒有任何實現(xiàn)采用該方法）：S:pvf-adjust:this -= SdPR; / fall into S:pvf()S:pvf() . 譯者注：IBM的C+編譯器使用該方法。5.5 虛繼承下的虛函數(shù)T虛繼承P，覆蓋P的虛成員函數(shù)，聲明了新的虛函數(shù)。如果采用在基類虛函數(shù)表末尾添加新項的方式

16、，則訪問虛函數(shù)總要求訪問虛基類。在VC+中，為了避免獲取虛函數(shù)表時，轉換到虛基類P的高昂代價，T中的新虛函數(shù)通過一個新的虛函數(shù)表獲取，從而帶來了一個新的虛函數(shù)表指針。該指針放在T實例的頂端。struct T : virtual P int t1; void pvf(); / overrides P:pvf virtual void tvf(); / new;void T:pvf() +p1; / (P*)this)-p1+; / vbtable lookup! +t1; / this-t1+;如上所示，即使是在虛函數(shù)中，訪問虛基類的成員變量也要通過獲取虛基類表的偏移，實行計算來進行。這樣做之所

17、以必要，是因為虛函數(shù)可能被進一步繼承的類所覆蓋，而進一步繼承的類的布局中，虛基類的位置變化了。下面就是這樣的一個類：struct U : T int u1;在此U增加了一個成員變量，從而改變了P的偏移。因為VC+實現(xiàn)中，T:pvf()接受的是嵌套在T中的P的指針，所以，需要提供一個調(diào)整塊，把this指針調(diào)整到T:t1之后（該處即是P在T中的位置）。5.6 特殊成員函數(shù)本節(jié)討論編譯器合成到特殊成員函數(shù)中的隱藏代碼。5.6.1 構造函數(shù)和析構函數(shù)正如我們所見，在構造和析構過程中，有時需要初始化一些隱藏的成員變量。最壞的情況下，一個構造函數(shù)要執(zhí)行如下操作： * 如果是“最終派生類”，初始化vbptr

18、成員變量，調(diào)用虛基類的構造函數(shù)； * 調(diào)用非虛基類的構造函數(shù) * 調(diào)用成員變量的構造函數(shù) * 初始化虛函數(shù)表成員變量 * 執(zhí)行構造函數(shù)體中，程序所定義的其他初始化代碼（注意：一個“最終派生類”的實例，一定不是嵌套在其他派生類實例中的基類實例）所以，如果你有一個包含虛函數(shù)的很深的繼承層次，即使該繼承層次由單繼承構成，對象的構造可能也需要很多針對虛函數(shù)表的初始化。反之，析構函數(shù)必須按照與構造時嚴格相反的順序來“肢解”一個對象。 * 合成并初始化虛函數(shù)表成員變量 * 執(zhí)行析構函數(shù)體中，程序定義的其他析構代碼 * 調(diào)用成員變量的析構函數(shù)（按照相反的順序） * 調(diào)用直接非虛基類的析構函數(shù)（按照相反的順序

19、） * 如果是“最終派生類”，調(diào)用虛基類的析構函數(shù)（按照相反順序）在VC+中，有虛基類的類的構造函數(shù)接受一個隱藏的“最終派生類標志”，標示虛基類是否需要初始化。對于析構函數(shù)，VC+采用“分層析構模型”，代碼中加入一個隱藏的析構函數(shù)，該函數(shù)被用于析構包含虛基類的類（對于“最終派生類”實例而言）；代碼中再加入另一個析構函數(shù)，析構不包含虛基類的類。前一個析構函數(shù)調(diào)用后一個。5.6.2 虛析構函數(shù)與delete操作符考慮結構V和W。struct V virtual V(); struct W : V operator delete();析構函數(shù)可以為虛。一個類如果有虛析構函數(shù)的話，將會象有其他虛函數(shù)一

20、樣，擁有一個虛函數(shù)表指針，虛函數(shù)表中包含一項，其內(nèi)容為指向對該類適用的虛析構函數(shù)的地址。這些機制和普通虛函數(shù)相同。虛析構函數(shù)的特別之處在于：當類實例被銷毀時，虛析構函數(shù)被隱含地調(diào)用。調(diào)用地（delete發(fā)生的地方）雖然不知道銷毀的動態(tài)類型，然而，要保證調(diào)用對該類型合適的delete操作符。例如，當pv指向W的實例時，當W:W被調(diào)用之后，W實例將由W類的delete操作符來銷毀。V* pv = new V;delete pv; / pv-V:V(); / use :operator delete()pv = new W;delete pv; / pv-W:W(); / use W:operato

21、r delete()pv = new W;:delete pv; / pv-W:W(); / use :operator delete()譯者注： V沒有定義delete操作符，delete時使用函數(shù)庫的delete操作符； W定義了delete操作符，delete時使用自己的delete操作符； 可以用全局范圍標示符顯示地調(diào)用函數(shù)庫的delete操作符。為了實現(xiàn)上述語意，VC+擴展了其“分層析構模型”，從而自動創(chuàng)建另一個隱藏的析構幫助函數(shù)“deleting析構函數(shù)”，然后，用該函數(shù)的地址來替換虛函數(shù)表中“實際”虛析構函數(shù)的地址。析構幫助函數(shù)調(diào)用對該類合適的析構函數(shù)，然后為該類有選擇性地調(diào)用合

22、適的delete操作符。6 數(shù)組堆上分配空間的數(shù)組使虛析構函數(shù)進一步復雜化。問題變復雜的原因有兩個：1、 堆上分配空間的數(shù)組，由于數(shù)組可大可小，所以，數(shù)組大小值應該和數(shù)組一起保存。因此，堆上分配空間的數(shù)組會分配額外的空間來存儲數(shù)組元素的個數(shù)；2、 當數(shù)組被刪除時，數(shù)組中每個元素都要被正確地釋放，即使當數(shù)組大小不確定時也必須成功完成該操作。然而，派生類可能比基類占用更多的內(nèi)存空間，從而使正確釋放比較困難。struct WW : W int w1; ;pv = new Wm;delete pv; / delete m Ws (sizeof(W) = sizeof(V)pv = new WWn;de

23、lete pv; / delete n WWs (sizeof(WW) sizeof(V)譯者注：WW從W繼承，增加了一個成員變量，因此，WW占用的內(nèi)存空間比W大。然而，不管指針pv指向W的數(shù)組還是WW的數(shù)組，delete都必須正確地釋放WW或W對象占用的內(nèi)存空間。雖然從嚴格意義上來說，數(shù)組delete的多態(tài)行為C+標準并未定義，然而，微軟有一些客戶要求實現(xiàn)該行為。因此，在MSC+中，該行為是用另一個編譯器生成的虛析構幫助函數(shù)來完成。該函數(shù)被稱為“向量delete析構函數(shù)”（因其針對特定的類定制，比如WW，所以，它能夠遍歷數(shù)組的每個元素，調(diào)用對每個元素適用的析構函數(shù)）。7 異常處理簡單說來，異

24、常處理是C+標準委員會工作文件提供的一種機制，通過該機制，一個函數(shù)可以通知其調(diào)用者“異?！鼻闆r的發(fā)生，調(diào)用者則能據(jù)此選擇合適的代碼來處理異常。該機制在傳統(tǒng)的“函數(shù)調(diào)用返回，檢查錯誤狀態(tài)代碼”方法之外，給程序提供了另一種處理錯誤的手段。因為C+是面向對象的語言，很自然地，C+中用對象來表達異常狀態(tài)。并且，使用何種異常處理也是基于“拋出的”異常對象的靜態(tài)或動態(tài)類型來決定的。不光如此，既然C+總是保證超出范圍的對象能夠被正確地銷毀，異常實現(xiàn)也必須保證當控制從異常拋出點轉換到異?！安东@”點時（棧展開），超出范圍的對象能夠被自動、正確地銷毀。考慮如下例子：struct X X(); ; / except

25、ion object classstruct Z Z(); Z(); ; / class with a destructorextern void recover(const X&);void f(int), g(int);int main() try f(0); catch (const X& rx) recover(rx); return 0;void f(int i) Z z1; g(i); Z z2; g(i-1);void g(int j) if (j 0) throw X();譯者注：X是異常類，Z是帶析構函數(shù)的工作類，recover是錯誤處理函數(shù)，f和g一起產(chǎn)生異常條件，g實際拋出異常。這段程序會拋出異常。在main中，加入了處理異常的try & catch框架，當調(diào)用f(0)時，f構造z1，調(diào)用g(0)后，再構造z2，再調(diào)用g(-1)，此時g發(fā)現(xiàn)參數(shù)為負，拋出X異常對象。我們希望在某個調(diào)用層次上，該異常能夠得到處理。既然g和f都沒有建立處理異常的框架，我們就只能希望main函數(shù)建立的異常處理框架能夠處理X異常對象。實際上，確實如此。當控制被轉移到main中異常捕獲點時，從g中的異常拋出點到main中的異常捕獲點之間，該范圍內(nèi)的對象都必須被銷毀。在本例中，z2和z1應該被銷毀。談到異常處理的具體實現(xiàn)方式，一般