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        C++ virtual member function FAQ

        來源:互聯網網民  寬屏版  
        2008-06-01 02:25:53  

        【1】 虛成員函數和非虛成員函數調用方式有什么不同?

        非虛成員函數是靜態確定的。也就是說,該成員函數(在編譯時)被靜態地選擇,該選擇基于指向對象的指針(或引用)的類型。 相比而言,虛成員函數是動態確定的(在運行時)。也就是說,成員函數(在運行時)被動態地選擇,該選擇基于對象的類型,而不是指向該對象的指針/引用的類型。這被稱作“動態綁定/動態聯編”。大多數的編譯器使用以下的一些的技術,也就是所謂的“VTABLE”機制:

        編譯器發現一個類中有被聲明為virtual的函數,就會為其搞一個虛函數表,也就是VTABLE。VTABLE實際上是一個函數指針的數組,每個虛函數占用這個數組的一個slot。一個類只有一個VTABLE,不管它有多少個實例。派生類有自己的VTABLE,但是派生類的VTABLE與基類的VTABLE有相同的函數排列順序,同名的虛函數被放在兩個數組的相同位置上。在創建類實例的時候,編譯器還會在每個實例的內存布局中增加一個vfptr字段,該字段指向本類的VTABLE。通過這些手段,編譯器在看到一個虛函數調用的時候,就會將這個調用改寫,在分發一個虛函數時,運行時系統跟隨對象的 v-pointer找到類的 v-table,然后跟隨v-table中適當的項找到方法的代碼。

        以上技術的空間開銷是存在的:每個對象一個額外的指針(僅僅對于需要動態綁定的對象),加上每個方法一個額外的指針(僅僅對于虛方法)。時間開銷也是有的:和普通函數調用比較,虛函數調用需要兩個額外的步驟(得到v-pointer的值,得到方法的地址)。由于編譯器在編譯時就通過指針類型解決了非虛函數的調用,所以這些開銷不會發生在非虛函數上。

        【2】 析構函數也可以是虛的,甚至是純虛的,但是構造函數不能是虛的

        純虛的析構函數并沒有什么作用,是虛的就夠了。通常只有在希望將一個類變成抽象類(不能實例化的類),而這個類又沒有合適的函數可以被純虛化的時候,可以使用純虛的析構函數來達到目的。構造函數不能是虛的(為什么?因為在一個構造函數調用期間,虛機制并不工作),但是你可以可能通過虛函數 virtual clone()(對于拷貝構造函數)或虛函數 virtual create()(對于默認構造函數),得到虛構造函數產生的效果。如下:

        class Shape {

        public:

        virtual ~Shape() { } // 虛析構函數

        virtual void draw() = 0; // 純虛函數

        virtual void move() = 0;

        // ...

        virtual Shape* clone() const = 0; // 使用拷貝構造函數

        virtual Shape* create() const = 0; // 使用默認構造函數

        };

        class Circle : public Shape {

        public:

        Circle* clone() const { return new Circle(*this); }

        Circle* create() const { return new Circle(); }

        // ...

        };

        在 clone() 成員函數中,代碼 new Circle(*this) 調用 Circle 的拷貝構造函數來復制this的狀態到新創建的Circle對象。在 create()成員函數中,代碼 new Circle() 調用Circle的默認構造函數。

        用戶將它們看作“虛構造函數”來使用它們:

        void userCode(Shape& s)

        {

        Shape* s2 = s.clone();

        Shape* s3 = s.create();

        // ...

        delete s2; // 在此處,你可能需要虛析構函數

        delete s3;

        }

        這個函數將正確工作,而不管 Shape 是一個Circle,Square,或是其他種類的 Shape,甚至它們還并不存在。

        【3】 構造函數和析構函數中的虛函數調用

        一個類的虛函數在它自己的構造函數和析構函數中被調用的時候,它們就變成普通函數了,不“虛”了。也就是說不能在構造函數和析構函數中讓自己“多態”。例如:

        class A

        {

        public:

        A() { foo();} // 在這里,無論如何都是A::foo()被調用!

        ~A() { foo();} // 同上

        virtual void foo();

        };

        class B: public A

        {

        public:

        virtual void foo();

        };

        void bar()

        {

        A * a = new B;

        delete a;

        }

        假如你希望delete a的時候,會導致B::foo()被調用,那么你就錯了。同樣,在new B的時候,A的構造函數被調用,但是在A的構造函數中,被調用的是A::foo()而不是B::foo()。為什么會有這樣的規定呢,原因如下:

        當基類被構造時,對象還不是一個派生類的對象,所以假如 Base::Base()調用了虛函數 virt(),則 Base::virt() 將被調用,即使 Derived::virt()(派生類重寫該虛函數)存在。

        同樣,當基類被析構時,對象已經不再是一個派生類對象了,所以假如 Base::~Base()調用了virt(),則 Base::virt()得到控制權,而不是重寫的 Derived::virt() 。

        當你可以想象到假如 Derived::virt() 涉及到派生類的某個成員對象將造成的災難的時候,你很快就能看到這種方法的明智。具體來說,假如 Base::Base()調用了虛函數 virt(),這個規則使得 Base::virt()被調用。假如不按照這個規則,Derived::virt()將在派生對象的派生部分被構造之前被調用,此時屬于派生對象的派生部分的某個成員對象還沒有被構造,而 Derived::virt()卻能夠訪問它。這將是災難。

        【4】私有private的虛函數是否具有多態性?

        考慮下面的例子:

        class A

        {

        public:

        void foo() { bar();}

        private:

        virtual void bar() { ...}

        };

        class B: public A

        {

        private:

        virtual void bar() { ...}

        };

        在這個例子中,雖然bar()在A類中是private的,但是仍然可以出現在派生類中,并仍然可以與public或者protected的虛函數一樣產生多態的效果。并不會因為它是private的,就發生A::foo()不能訪問B::bar()的情況,也不會發生B::bar()對A::bar()的override不起作用的情況。

        這種寫法的語意是:A告訴B,你最好override我的bar()函數,但是你不要管它如何使用,也不要自己調用這個函數。

         
         
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        【1】 虛成員函數和非虛成員函數調用方式有什么不同? 非虛成員函數是靜態確定的。也就是說,該成員函數(在編譯時)被靜態地選擇,該選擇基于指向對象的指針(或引用)的類型。 相比而言,虛成員函數是動態確定的(在運行時)。也就是說,成員函數(在運行時)被動態地選擇,該選擇基于對象的類型,而不是指向該對象的指針/引用的類型。這被稱作“動態綁定/動態聯編”。大多數的編譯器使用以下的一些的技術,也就是所謂的“VTABLE”機制: 編譯器發現一個類中有被聲明為virtual的函數,就會為其搞一個虛函數表,也就是VTABLE。VTABLE實際上是一個函數指針的數組,每個虛函數占用這個數組的一個slot。一個類只有一個VTABLE,不管它有多少個實例。派生類有自己的VTABLE,但是派生類的VTABLE與基類的VTABLE有相同的函數排列順序,同名的虛函數被放在兩個數組的相同位置上。在創建類實例的時候,編譯器還會在每個實例的內存布局中增加一個vfptr字段,該字段指向本類的VTABLE。通過這些手段,編譯器在看到一個虛函數調用的時候,就會將這個調用改寫,在分發一個虛函數時,運行時系統跟隨對象的 v-pointer找到類的 v-table,然后跟隨v-table中適當的項找到方法的代碼。 以上技術的空間開銷是存在的:每個對象一個額外的指針(僅僅對于需要動態綁定的對象),加上每個方法一個額外的指針(僅僅對于虛方法)。時間開銷也是有的:和普通函數調用比較,虛函數調用需要兩個額外的步驟(得到v-pointer的值,得到方法的地址)。由于編譯器在編譯時就通過指針類型解決了非虛函數的調用,所以這些開銷不會發生在非虛函數上。 【2】 析構函數也可以是虛的,甚至是純虛的,但是構造函數不能是虛的 純虛的析構函數并沒有什么作用,是虛的就夠了。通常只有在希望將一個類變成抽象類(不能實例化的類),而這個類又沒有合適的函數可以被純虛化的時候,可以使用純虛的析構函數來達到目的。構造函數不能是虛的(為什么?因為在一個構造函數調用期間,虛機制并不工作),但是你可以可能通過虛函數 virtual clone()(對于拷貝構造函數)或虛函數 virtual create()(對于默認構造函數),得到虛構造函數產生的效果。如下: class Shape { public: virtual ~Shape() { } // 虛析構函數 virtual void draw() = 0; // 純虛函數 virtual void move() = 0; // ... virtual Shape* clone() const = 0; // 使用拷貝構造函數 virtual Shape* create() const = 0; // 使用默認構造函數 }; class Circle : public Shape { public: Circle* clone() const { return new Circle(*this); } Circle* create() const { return new Circle(); } // ... }; 在 clone() 成員函數中,代碼 new Circle(*this) 調用 Circle 的拷貝構造函數來復制this的狀態到新創建的Circle對象。在 create()成員函數中,代碼 new Circle() 調用Circle的默認構造函數。 用戶將它們看作“虛構造函數”來使用它們: void userCode(Shape& s) { Shape* s2 = s.clone(); Shape* s3 = s.create(); // ... delete s2; // 在此處,你可能需要虛析構函數 delete s3; } 這個函數將正確工作,而不管 Shape 是一個Circle,Square,或是其他種類的 Shape,甚至它們還并不存在。 【3】 構造函數和析構函數中的虛函數調用 一個類的虛函數在它自己的構造函數和析構函數中被調用的時候,它們就變成普通函數了,不“虛”了。也就是說不能在構造函數和析構函數中讓自己“多態”。例如: class A { public: A() { foo();} // 在這里,無論如何都是A::foo()被調用! ~A() { foo();} // 同上 virtual void foo(); }; class B: public A { public: virtual void foo(); }; void bar() { A * a = new B; delete a; } 假如你希望delete a的時候,會導致B::foo()被調用,那么你就錯了。同樣,在new B的時候,A的構造函數被調用,但是在A的構造函數中,被調用的是A::foo()而不是B::foo()。為什么會有這樣的規定呢,原因如下: 當基類被構造時,對象還不是一個派生類的對象,所以假如 Base::Base()調用了虛函數 virt(),則 Base::virt() 將被調用,即使 Derived::virt()(派生類重寫該虛函數)存在。 同樣,當基類被析構時,對象已經不再是一個派生類對象了,所以假如 Base::~Base()調用了virt(),則 Base::virt()得到控制權,而不是重寫的 Derived::virt() 。 當你可以想象到假如 Derived::virt() 涉及到派生類的某個成員對象將造成的災難的時候,你很快就能看到這種方法的明智。具體來說,假如 Base::Base()調用了虛函數 virt(),這個規則使得 Base::virt()被調用。假如不按照這個規則,Derived::virt()將在派生對象的派生部分被構造之前被調用,此時屬于派生對象的派生部分的某個成員對象還沒有被構造,而 Derived::virt()卻能夠訪問它。這將是災難。 【4】私有private的虛函數是否具有多態性? 考慮下面的例子: class A { public: void foo() { bar();} private: virtual void bar() { ...} }; class B: public A { private: virtual void bar() { ...} }; 在這個例子中,雖然bar()在A類中是private的,但是仍然可以出現在派生類中,并仍然可以與public或者protected的虛函數一樣產生多態的效果。并不會因為它是private的,就發生A::foo()不能訪問B::bar()的情況,也不會發生B::bar()對A::bar()的override不起作用的情況。 這種寫法的語意是:A告訴B,你最好override我的bar()函數,但是你不要管它如何使用,也不要自己調用這個函數。
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