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成员函数

Virtual Member Functions

每个声明了虚函数或者继承了有虚函数的类，都会有一个自己的vtbl。同时该类的每个对象都会包含一个vptr去指向该vtbl。虚函数按照其声明顺序放于 vtbl 表中, vtbl 数组中的每一个元素对应一个函数指针。如果子类覆盖了父类的虚函数，将被放到了虚表中原来父类虚函数的位置。

如果 normalize()是一个 virtual member function，那么调用：ptr->normalize();

实际上会被编译器转化为： (*ptr->vptr[1])(ptr);

• vptr 是指向虚函数表的指针
• 1 是表中该函数的索引，
• ptr 表示的是this指针

显示地调用“虚函数”可以压制机制，比如说，point3d::normalized()就不会触发虚拟机制，其行为和非静态成员函数行为一致，直接可以在编译时确定调用类的normalized()。

注意：类的对象调用虚函数是不具有多态性质，只能调用对象本身的虚拟函数版本。

     Point3d obj;
     obj.normalize();
     // 会被编译器转换为:  *obj.vptr[1](&obj); 虽然正确，但是没有必要，相当于point3d::normalized()，
     // 决议方式类似于非静态成员函数： normalize_7Point3dFv(&obj);

静态成员函数

静态成员函数被转换为非成员函数的方式:

     obj.normalized();   // normalize 7Point3dSFv(); 
     ptr->normalized();  // normalize 7Point3dSFv(); 
     // 实际上应该是由类直接调用静态函数，而不是类对象或者类指针

对象调用和指针调用可见完全一样，而且转换之后，不带有任何关乎调用这个静态函数的类信息，这也就说明了为什么不能在静态函数中直接调用“普通类成员”。

静态成员函数的主要特性就是它没有this指针，次要特性：

• 不能够直接存取所属类中的非静态成员函数
• 不能被声明为const、 virtual、 volatile。
• 不需要通过类对象来调用

如果获取一个静态成员函数的地址，获得的是这个静态成员函数在内存中的位置，也就是其地址。因为其没有this指针，所以地址类型是“指向非成员函数指针”，而不是“指向类成员函数指针”。即：

     &Point3d::object_count(); 
      // 得到一个数值，其类型是 unsigned int (*)();
      // 而不是 unsigned int (point3d::* )();

因此，缺乏this指针的静态成员函数，很大程度上等同于非成员函数。

虚函数的继承

对于一个虚函数调用ptr->z();，其中z()是一个虚函数，对于类而言需要什么信息才能让我们在执行期调用正确的z()实例：

• ptr所指向对象的真实类型。这可使得我们选择正确的z()实例·
• z()实例的位置，使得我们可以正确的找到并且调用它

基于上面的要求，因此在每个多态类上增加两个数据成员：

• 一个字符串或者数字，表示class的类型，

• 一个指针，指向虚函数表，表格中持有程序的virtual function执行期地址

  虚函数地址，在编译时期就可以确定。

  因为类中如果有虚函数，这在编译时期就可以确定，并且获得其地址。这个地址是固定的，在执行期不能改变。因此虚函数表的大小和内容都不会改变，其构建和存取都可以在编译期完成，不需要执行期的参与。

为了能在执行期找到这些地址，分为编译器部分和执行期任务：

• 编译器还做了两个任务：

  • 为了找到表格，每个具有虚函数的类对象都被放置了一个由编译器内部产生的指针vptr，指向这个虚函数表格
  • 为了找到地址，每个virtual function都被指派了一个表格索引值。

• 执行期任务：传入调用虚函数的对象，在特定的virtual table slot中激活virtual function，也就是调用这个虚函数。

一个类只有一个虚函数表，每个表中可能含有三种类型的虚函数：

• 此类定义的函数实例。包括重写了父类中的虚函数
• 从父类中继承的且没有重写的虚函数
• 纯虚函数