深度探索C++对象模型-- Data 语意学（阅读笔记）（原创）

深度探索C++对象模型（阅读笔记）（原创）

Inside The C++ Object Model

 

                                                             --Data 语意学
由 王宇 原创并发布 ：

让我肃然起敬并崇拜的牛人：

       Bjarne Stroustrup    -  C++之父    (www.stroustrup.com)

       Stanley B. Lippman  -  本书作者、C++代言人、C++编译器的设计者之一

       侯捷                         -  本书译者   (jjhou.boolan.com)

 

 第三章 Data 语意学

    3.1 Data Member的绑定

        例：

            extern float x;
            
            class Point3d
            {
                public:
                    point3d();
                    //问题：被传回和被设定的x是哪一个x呢？
                    float X() const
                    {
                        return x;
                    }
                    
                private:
                    float x, y, z;//Point3d::X()将返回内部的x。
            };

 

        在早期(2.0之前)C++的编译器上，将会指向global x object, 导致C++的两种防御性程序设计风格：    
            1、把所有的data members放在class 声明起头处，以确保正确的绑定
            2、把所有的inline functions, 不管大小都放在class声明之外

        对于 member function的argument list并不为真（同以上情况相反）。

        例:
 

           typedef int length;
            
            class Point3d
            {
                public:
                    //length 将被决议为global
                    //_val将被决议为Point3d::_val
                    void mumbel(length val)
                    {    
                        _val = val;
                    }
                    
                    length mumble()
                    {
                        return _val;
                    }

                private:
                    //导致 _val = val; return _val;不合法    
                    typedef float length;
                    length _val;    
            };

 

            预防性程序风格：请始终把“nested type 声明”放在class的起始处。

    3.2 Data Member的布局
        Nonstatic data member 在class object中的排列顺序将和其被声明的顺序一样，任何中间介入的static data members 如 freelist 和 chunkSize都不会被放入对象布局中

        传统上vptr放在所有明确声明member之后

    3.3 Data Member的存取
        Point3d origin, *pt = &origion;
        origin.x = 0.0;
        pt->x = 0.0;

        这两种方式的差异？

        Static Data Members:
            结论是完全相同, 原因是：每一个static data member 只有一个实体， 存放在程序的data segment之中, member其实并不在class object之中。
    
        Nonstatic Data Members:
            结论是完全相同，原因是：
                pt->x = 0.0; 方式：事实上是经由一个“implicit class object”(由this指针表达)完成

                    //member function 的内部转化
                    Point3d
                    Point3d::translate( Point3d *const this, const Point3d &pt)
                    {
                        this->x = pt.x;
                    }
                    
            
                origin.x = 0.0; 方式：class object的起始地址加上data member的偏移量(offset)
                    &origin + (&Point3d::_y - 1);

    3.4 "继承"与 Data Member    
        一个derived class object所表现出来的东西， 是其自己的member加上其base class(es) members的总和。图3.1b


 
        只要继承不要多态

            继承易犯的错误：
                (1)重复设计一些相同的操作函数
                (2)把一个class分解为两层或更多层，有可能会为了“表现class体系之抽象化”而膨胀所需空间。（因为类型对齐，会浪费空间）    图p105    
                    
                填充空间的原因是为了复制对象时，避提高效率,免产生偏差。

            加上多态
                
                空间和存取时间的额外负担：
                    (1)导入一个virtual table 和一个vptr
                    (2)加强constructor 和distructor 使其能够初始化和抹消virtual table和vptr    。

            把vptr放置在class object的那里会最好？
                (1)放在尾部保留C struct 的对象布局，C++最初期，这种方式被许多人采用。
                (2)放在前端，对于“在多重继承之下，通过指向class members的指针调用virtual function”，会带来一些帮助。当然代价就是丧失了C语言兼容性。

        多重继承
    
            多重继承的复杂度在于derrived class 和其上一个base class乃至于上上一个base class...之间的“非自然”关系。参考下列代码：
            

            class Point2d
            {
                public:
                protected:
                    float _x, _y;    
            
            };

            class Point3d : public Point2d
            {
                public:
                protected:
                    float _z;    
            
            };

            class Vertex
            {
                public:
                protected:
                    Vertex *next;    
            };

            class Vertex3d : public Point3d, public Vertex
            {
                public:
                protected:
                    float mumble;    
            
            };

 
                        
            下列操作并不需要编译器去调停或修改地址，它很自然地可以发生，而且提供了最佳执行效率。
                Point3d p3d;
                Point2d *p = &p3d;    
            
            多重继承的问题主要发生于derived class object 和其第二或后续的base class object之间的转换：

                Vertex3d  v3d;
                Vertex    *pv;
                Point2d   *p2d;
                Point3d   *p3d;

                  pv = &v3d;
                // 需要这样的内部转换：
                pv = (Vertex*)(((char*)&v3d) + sizeof(Point3d));

                // 下列转换只需要简单地拷贝地址就行了
                p2d = &v3d;    
                p3d = &v3d;


 
                参考图:3.4 p115

            C++ Standard 并未要求Vertex3d中的base classes Point3d和Vetex有特定的排列次序。原始的cfont编译器是根据声明次序来排序它们。目前各编译器仍然是以此方式完成多重base classes的布局（但如果加上虚拟继承，就不一样了）

        虚拟继承

            多重继承的一个语意上的副作用就是，它必须支持某种形式的“shared subobject继承”。参考图p117


 
            不论是istream或ostream都内含一个ios subobject。然而在iosstream的对象布局中，我们只需要单一一份ios subobject就好。语言层面的解决办法是导入所谓的虚拟继承

    3.5 对象成员的效率
        应该确实地测量效率，而不是靠着推论与常识判断。

    3.6 指向Data Members的指针
        class Point
        {
            public:
                virtual ~Point();
                static Point origion;
                float x,y,z;
        };

        如果vptr放在对象的尾端，则三个坐标值在对象布局中的offset分别是0,4,8。如果vptr放在对象的起头，则三个坐标值在对象布局中的offset分别是4,8,12.然而你若去取data members的地址， 传回的值总是多1， 就是1,5,9,或5,9,13

        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？考虑下列例子：
        Point3d p3d;
        Point3d *p1 = 0;
        Point3d *P2 = &p3d;

        if( p1 == p2){};
        
        为了区分p1 和p2 ,每一个真正的member offset值都被加上1. 因此，无论编译器或使用者都必须记住，在真正使用该值以指出一个member之前，请先减掉1。