《深度探索C对象模型》读书笔记 二.docx

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《深度探索C对象模型》读书笔记二

《深度探索C对象模型》读书笔记二

2002-7-63.3DataMember的存取

1.不管什么情况，每一个staticdatamember只有一个实体，放在程序的datasegment之中，每次程序取用staticmember，不管是通过operator：

还是memberselectionoperator，都会被内部转化为对该唯一extern实体的直接参考操作。

每一个staticmember的存取以及与class的关联不会导致任何执行时间或空间上的额外负担。

如果有两个classes，每一个都声明了一个staticmemberfreeList，那么当它们都放在程序的datasegment时，就会导致名称冲突，编译器的解决方法是使用name-mangling，暗中对每一个staticdatamember编码，以获得一个独一无二的程序识别代码。

2.有多少个编译器，就有多少种name-mangling做法，任何name-mangling做法都有两个要点：

ü一种算法，推导出独一无二的名称；

ü如果编译系统或者环境工具必须和使用者交谈，那些独一无二的名称可被轻易推导回原先的名称。

3.取一个staticdatamember的地址，会得到一个指向其数据类型的常量指针，而不是指向其classmember的指针。

4.nonstaticdatamembers直接放在每一个classobject之中，除非经过显示的explicit或隐含的implicitclassobject，没有办法直接存取它们。

只要程序员在一个memberfunction中直接处理一个nonstaticdatamember，所谓implicitclassobject就会发生，其实质是编译器会为这个memberfunction增添一个constthis指针，而在函数体内通过这个this指针来存取nontaticdatamember。

5.欲对一个nonstaticdatamember进行存取操作，编译器需要把classobject的起始地址加上datamember的编译量offset，如地址&someObject.someMember等于&someobject+（&theClass：

someMember–1）；指向datamember的指针，其offset值总是会被加上1，这样可以使编译系统区分出一个指向class第一个datamember的指针和一个没有指向任何datamember的指针。

6.每一个nonstaticdatamember的偏移量在编译时期即可获知，甚至如果member属于一个单一或多重继承体系中baseclasssubobject也是一样，因此其存取效率和一个Cstructmember或一个nonderivedclass的member的存取效率是一样的。

但是在虚拟继承的情况下就另当别论了：

如果该nonstaticdatamember是一个virtualbaseclass的member，并且通过指针来存取的话，在编译时期就不会得知这个member真正的offset位置，所以这个存取操作必须延迟至执行期，经由一个额外的间接导引才能够解决。

2002-7-73.4"继承"与DataMember1.在C++继承模型中，一个derivedclassobject所表现出来的东西，是其自己的members加上其baseclassesmembers的总和。

C++并未规定derivedclassmembers和baseclassesmembers的排列次序。

不过，在大部分编译器上，除virtualbaseclass外，baseclassmembers总是先出现。

2.一般而言，具体继承concreteinheritance并不会增加空间或存取时间上的额外负担。

3.把两个原本独立不相干的classes凑成一对type/subtype，并带有继承关系容易犯两个错误。

一是可能会重复设计一些相同操作的函数，一般而言，选择某些函数做成inline函数，是设计class的一个重要课题；二是把一个class分解为多层，有可能会为了表现class体系之抽象化，因为编译器的边界调整而膨胀所需空间。

其根本原因是C++保证出现在derivedclass中的baseclasssubobject有其完整原样性。

4.C++最初问世时，许多编译器把vptr放在classobject的尾端，这样可以保留baseclassCstruct的对象布局。

此后，某些编译器开始把vptr放在classobject的开始处，这样会给多重继承下通过指向classmembers之指针调用virtualfunction带来一些帮助，否则，在执行期不仅必须备妥从classobject起点处开始量起的offset，而且必须备妥classvptr之间的offset。

5.单一继承提供了一种自然多态的形态，是关于class体系中basetype和derivedtype之间的转换。

一般来说，baseclass和derivedclassobjects都是从相同的地址开始。

但若将vptr放在classobject的起始处，如果baseclass没有virtualfunction而derivedclass有，那么单一继承的自然多态就会打破。

此时，把一个derivedobject转换为其base类型就需要编译器的介入，用以调整地址。

而在既是多重继承又是虚拟继承的情况下，编译器的介入则更有必要。

6.多重继承的复杂度在于derivedclass和其上一个baseclass乃至上上一个baseclass之间的非自然关系，其主要问题发生在derivedclassobjects和其第二或后继的baseclassobjects之间的转换。

对一个多重派生对象，将其地址指定给最左端baseclass的指针，情况将和单一继承相同，而第二个或后继的baseclass的地址指定操作则需要修改地址，加上或减去（若是downcast）介于中间的baseclasssubobjects的大小。

C++并未要求多重继承时derivedclassobject中各个baseclasssubjectes的排列次序，目前各个编译器都是根据声明次序来排列它们。

7.class内如果内含一个或多个virtualbassclasssubobjects，将被分割为两部分：

一个不变局部和一个共享局部。

不变局部总是拥有固定的offset，其数据用以指定共享局部的位置，可以直接存取；而共享局部表现的就是virtualbaseclasssubobject，其位置会因为每次的派生操作而变化，只可间接存取。

各家编译器实现技术之间的差异就在于间接存取的方法不同。

8.一般而言，virtualbaseclass最有效的一种运用方式是：

一个没有任何datamember的抽象class。

2002-7-143.5对象成员的效率

如果没有把优化开关打开，就很难猜测一个程序的效率表现，因为程序代码潜在性的受到某些与编译器有关的东西的影响。

程序员如果关心效率，应该实际测试，不要光凭推论或常识判断或假设。

优化操作并不一定总是能够有效运行。

2002-7-153.6指向DataMembers的指针

指向datamembers的指针可用来详细调查classmembers的底层布局，可用来决定vptr是放在class的起始处还是尾端，还可用来决定class中accesssections的次序。

取一个nonstaticdatamember的地址，将会得到它在class的offset；而取一个staticdatamember的地址或者取一个绑定于真正classobject身上的datamember的地址，将会得到该member在内存中的真正地址。

这也正是someTypesomeClass：

*和someTye*潜在的区别。

2002-7-16Function语意学TheSemanticsofFunctionC++支持三种类型的memberfunctions：

static、nonstatic和virtual，每一种类型的调用方式都不同。

4.1Members的各种调用方式

1.C++的设计准则之一便是nonstaticmemberfunction至少必须和一般的nonmemberfunction有着相同的效率。

编译器内部会将member函数实体转换为对等的nonmember函数实体，其步骤为：

ü改写函数原型signature以安插一个额外的参数this到memberfunction中，使得classobject可以调用该函数。

其中，this是const指针，若该函数为const，则反映在this上面的结果是this指向的data也为const；

ü将每一个对nonstaticdatamember的存取操作改为经由this指针来存取；

ü将memberfunction重新写成一个外部函数，对函数名称进行mangling处理；

此后，每一个函数调用操作也都必须转换，用以提供相应的实参。

2.关于虚拟函数的内部转换步骤：

若normalize是一个virtualmemberfunction，ptr-normalize（）；会被内部转化为（*ptr-vptr[t]）（ptr）；事实上，vptr名称也会被mangled，因为可能存在有多个vptrs；t是vitrualtableslot的索引值，关联到normalize函数；第二个ptr表示this指针。

3.使用classscopeoperator明确调用一个vitualfunction，或经由一个classobject调用一个vitualfunction其决议方式会和nontaticmemberfunction一样！

故virtualfunction的一个inline函数实体可被扩展开来，因而提供极大的效率利益。

4.staticmemberfunction的主要特征是没有this指针，这导致它不能直接存取其class中的nonstaticmembers，不能被声明为const、volatile或virtual，也不需要经由classobject才能调用。

staticmemberfunction会被提出于class声明之外，并给予一个经过mangled的适当名称。

如果取一个staticmemberfunction的地址，得到的将是其在内存中的地址，其地址类型并不是一个指向classmemberfunction的指针，而是一个nonmember函数指针。

staticmemberfunction的一个意想不到的好处是可以成为一个callback函数，也可以成功地应用在thread函数身上。

2002-07-174.2VirtualMemberFunctions虚拟成员函数

1.C++中，多态polymorphism表示以一个publicbaseclass指针或reference寻址出一个derivedclassobject。

识别一个class是否支持多态，唯一适当的方法试看它是否有任何virtualfunction。

只要class拥有一个virtualfunction，它就需要一份额外的执行期型别判断信息。

2.一个class只会有一个virtualtable，其中内含对应classobject中所有的activevirtualfunctions的函数实体的地址。

这些activevirtualfunctions包括：

ü一个class定义的函数实体。

它会改写overriding一个可能存在的baseclassvirtualfunction。

ü继承自baseclass的函数实体。

此时该class不改写baseclassvirtualfunction。

ü一个pure_virtual_called（）函数实体，它既可以扮演purevirtualfunction的空间保卫者，也可以当作执行期异常处理函数。

如果该函数被调用，通常的操作是结束程序。

3.每一个virtualfunction都被指派一个固定不变的索引值，该值在整个继承体系中保持与特定virtualfunction的关联。

这样就可以在编译时期设定virtualfunction的调用。

2002-7-204.多重继承下，一个上层basseclasses数目为n的derivedclass，它将内含n-1个额外的virtualtables。

其主要实体与最左端的baseclass共享，其中包含所有virtualfunctios的地址；n-1个次要实体与其它baseclasses有关，其中只包含出现在对应baseclass中virtualfunctions的地址。

5.在多重继承中支持virtualfunction，其复杂度围绕在第二个及后继baseclass上，以及执行期this指针调整上。

第二（或后继）baseclass会影响对virtualfunction支持的3种情况：

ü通过指向第二个baseclass的指针，调用derivedclassvirtualfunction；

ü通过指向derivedclass的指针，调用第二个baseclass中一个继承而来的virtualfunction；

ü允许virtualfunction函数的返回值类型有所变化，可能是basetype，也可能是publiclyderivedtype。

6.关于执行期this指针调整比较有效率的解决方法是thunk。

所谓thunk是一小端assembly码，用来以适当的offset值来调整this指针并跳到相应的virtualfunction。

thunk技术允许virtualtableslot继续内含一个简单的指针，此时多重继承将不需要任何空间上的额外负担！

slots中的地址可以直接指向virtualfunction，也可以指向一个相关的thunk。

4.3函数的效能

nonmember、staticmember和nonstaticmemberfunction在内部都会转化为完全相同的形式，三者效率相同。

2002-08-084.4指向MemberFunction的指针

对一个nonstaticmemberfunction取址，得到的是该函数在内存中的地址；而面对一个virtualfunction，得到的将是一个索引值。

这个值是不完整的，必须被绑定于一个classobject上，才能够通过它调用函数。

指向memberfunction的指针的声明语法，以及指向memberselection运算符的指针，其作用是作为this指针的空间保留者。

因此，staticmemberfunction的类型是函数指针，而不是指向memberfunction的指针。

使用一个memberfunction指针，如果并不用于virtualfunction、多重继承、virtualbaseclass等情况的话，其成本并不比使用一个nonmemberfunction指针要高。

4.5InlineFunctions

关键词inline只是一项请求。

如果在某个层次上，函数的执行成本比一般的函数调用及返回机制所带来的负荷低，那么该请求被接受，编译器就用一个表达式合理地将函数扩展开来。

真正的inline函数扩展操作是在函数调用的那一点上。

在inline扩展期间，每一个形式参数会被对应的实际参数所取代，inline函数中的每一个局部变量都必须被放在函数调用的一个封闭区段中，并拥有一个独一无二的名称。

这会带来参数的求值操作以及临时性对象的管理。

2002-08-11

构造、解构、拷贝语意学SemanticsofConstruction,Destruction,andCopy1.一般而言，class的datamember应该被初始化，而且只在constructor中或其它memberfunctions中初始化，其它任何操作都将破坏其封装性质，使其维护和修改更加困难。

2.可以定义并调用invoke一个purevirtualfunction，但它只能被静态调用，不能经由虚拟机制调用。

每一个derivedclassdestructor会被编译器加以扩展，静态调用每一个virtualbaseclass以及上一层baseclass的destructor。

因此，不管baseclass的virtualdestructor是否声明为pure，它必须被定义。

5.1无继承情况下的对象构造

C++Standard要求编译器尽量延迟nontrivialmembers的实际合成操作，直到真正遇到其使用场所为止。

5.2继承体系下的对象构造

一般而言，继承体系下编译器对constructor所作的扩充操作以及次序大约如下：

ü所有virtualbaseclassconstructors必须从左到右、从深到浅被调用：

如果class被列于memberinitializationlist中，那么任何明确指定的参数都必须传递过去，否则如果class有一个defaultconstructor，也应该调用它；class中的每一个virtualbaseclasssubobject的偏移量offset必须在执行期可被存取；如果classobject是最底层most-derived的class，其constructors可能被调用，某些用以支持这个行为的机制必须被方进来。

ü以baseclass的声明次序调用上一层baseclassconstructors：

如果baseclass被列于memberinitializationlist中，那么任何明确指定的参数都必须传递过去，否则若它有defaultconstructor或defaultmemberwisecopyconstructor，那么就调用它；如果baseclass是多重继承下的第二或后继的baseclass，那么this指针必须有所调整。

ü如果classobject有virtualtablepointer（s），它（们）必须被设定初值，指向适当的virtualtable（s）。

ü如果有一个member没有出现在memberinitializationlist中，但它有defaultconstructor，调用之。

ü将memberinitializationlist中的datamembers的初始化操作以members的声明次序放进constructor的函数本身。

2002-8-185.3对象复制语意学ObjectCopySemantics1.只有在默认行为所导致的语意不安全或者不正确以致发生别名化aliasing或者内存泄漏memoryleak时，才需要设计一个copyassignmentoperator。

否则，程序反倒会执行得较慢。

2.如果仅仅是为了把NRV优化开关打开而提供一个copyconstructor，那么就没有必要一定要提供一个copyassignmentoperator。

3.copyassignmentoperator有一个非正交情况，那就是它缺乏一个平行于memberinitializationlist的memberassignmentlist。

调用baseclass的copyassignmentoperator示例：

Point：

operator=（p3d）；或（*（Point*）this）=p3d；或（Point&）（*this）=p3d；

4.事实上，copyassignmentoperator在虚拟继承情况下行为不佳，需要小心设计和说明。

许多编译器甚至并不尝试取得正确的语意，它们在每一个中间的copyassignmentoperator中调用每一个baseclassinstance，于是造成virtualbasecopyassignmentoperator的多个实体被调用。

建议尽可能不要允许一个virtualbaseclass的拷贝操作，并不要在任何virtualbaseclass中声明datamember。

5.5解构语意学SemanticsofDestruction

如果class没有定义destructor，那么只有在其内带的memberobject或baseclass拥有destructor时，编译器才会自动合成出一个destructor。

一个由程序员定义的destructor被扩展的方式类似constructors被扩展的方式，只是顺序相反：

üdestructor的函数本体首先被执行；

ü如果class拥有memberclassobjects，而后者拥有destructors，那么它们将以声明的相反顺序而调用；

ü如果object内带一个vptr，则现在被重新设定以指向适当baseclass之virtualtable；

ü如果有任何直接的nonvirtualbaseclasses拥有destructor，它们将以声明的相反顺序而调用；

ü如果有任何virtualbaseclasses拥有destructor，而前面讨论的这个class是most-derivedclass，那么它们会以原先构造顺序的相反顺序被调用。

2002-8-19

执行期语意学RuntimeSemantics6.1对象的构造和解构

1.一般而言，constructor和destructor的安插都如你所预期。

但如果一个区段或函数中有一个以上的离开点，情况就会复杂一些，destructor会放在每一个离开点之前。

通常，我们要求将object尽可能放在使用它的那个程序区附近，这样做可以节省不必要的对象产生和销毁操作。

2.C++程序中所有的globalobjects都被放置在程序的datasegment中，如果不明确指定初值，object所配置的内存内容将为0（C并不自动设定初值）。

如果globalobject有constructor和destructor的话，我们说它需要静态的初始化和内存释放操作。

2002-8-203.virtualbaseclass的subobject在每个derivedclass中的位置可能会变动，不能在编译时期确定。

以一个derivedclass的pointer或reference来存取virtualbaseclasssubobject，是一种nonconstantexpression，必须在执行期方可评估求值。

4.使用静态初始化的object有一些缺点。

其一，无法放入try区段，任何throw操作必将触发exceptionhandlinglibrary的默认函数terminate（）；其二，程序员必须为控制"需要跨越模块做静态初始化"objects的依赖顺序而产生的复杂度付出代价。

建议根本就不要使用那些需要静态初始化的globalobjects。

5.新的C++标准要求编译单位中的staticlocalclassobjects必须在相应函数第一次被调用时才被构造，而且必须以相反的次序销毁。

由于这些objects是在需要时才被