C++面向?qū)ο缶幊蹋ㄏ拢?創(chuàng)新互聯(lián)

文章目錄

- C++面向?qū)ο缶幊蹋ㄏ拢?/li>
- - 11. vtpr（virtual pointer）和vtbl（virtual table）
  - - 1. 前提須知
    - 2. 靜態(tài)綁定和動(dòng)態(tài)綁定
    - 3. vtpr和vtbl
    - 4. 多態(tài)
    - 5. 圖示一
    - 6. 圖示二
    - 7. template method補(bǔ)充
  - 12. const member functions（常量成員函數(shù)）
  - - 1. 形式（const加的位置）：
    - 2. member functions 與 object 的規(guī)則
    - 3. const member functions 和 non-const member functions 的特殊規(guī)則
  - 13. 重載operator new、delete、 new[]、delete[]
  - - 1. 知識(shí)回顧
    - 2. 重載 ::operator new、new[] 和 ::operator delete、delete[]
    - 3. 重載 member operator new 和 member operator delete
    - 4. 重載 member operator new[] 和 member operator delete[]
    - 5. operator new、delete、 new[]、delete[] 使用示范
    - - 1. member operator new、delete、 new[]、delete[]重載寫(xiě)法
      - 2. member operator new、delete、 new[]、delete[]調(diào)用過(guò)程
      - 3. 顯式調(diào)用global operator new、delete、 new[]、delete[]過(guò)程
  - 14. 重載member operator new(...) 、 delete(...)
  - - 1. new(...) 、delete(...)和new、delete的區(qū)別
    - 2. member operator new(...)
    - 3. member operator delete(...)
    - 4. member operator new(...)、delete(...)重載書(shū)寫(xiě)和使用
    - 5. 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)string重載placement new

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實(shí)例對(duì)象在內(nèi)存的表現(xiàn)：
- 函數(shù)在內(nèi)存中的位置，與實(shí)例對(duì)象占用的內(nèi)存沒(méi)有關(guān)系；
- 對(duì)于一個(gè)類(lèi)的多個(gè)對(duì)象，函數(shù)在內(nèi)存中也只會(huì)有一份；
- 實(shí)例對(duì)象占用的內(nèi)存，只會(huì)包含對(duì)象的數(shù)據(jù)；如果有虛函數(shù)，還會(huì)包含一個(gè)虛指針；【無(wú)論有多少個(gè)虛函數(shù)，都只會(huì)多占用一個(gè)指針的空間；】
繼承：
- 對(duì)于父類(lèi)中的函數(shù)，子類(lèi)只是繼承了函數(shù)的調(diào)用權(quán)，不會(huì)為子類(lèi)在內(nèi)存中另外生成一份函數(shù)【因?yàn)楹瘮?shù)始終只在內(nèi)存占一份】；
- 如果父類(lèi)有虛函數(shù)，那么子類(lèi)也一定有虛函數(shù)（繼承）；
- 雖然父類(lèi)和子類(lèi)中的非虛函數(shù)和數(shù)據(jù)，命名可以重復(fù)（因?yàn)槎邲](méi)有什么關(guān)系），但這樣的命名風(fēng)格不好。

2. 靜態(tài)綁定和動(dòng)態(tài)綁定

類(lèi)型：
- 靜態(tài)類(lèi)型：對(duì)象在聲明時(shí)采用的類(lèi)型，在編譯期既已確定；
- 動(dòng)態(tài)類(lèi)型：通常是指一個(gè)指針或引用目前所指對(duì)象的類(lèi)型，是在運(yùn)行期決定的；
綁定(Binding)：是指將變量和函數(shù)名轉(zhuǎn)換為地址的過(guò)程。
- 靜態(tài)綁定：綁定的是靜態(tài)類(lèi)型，所對(duì)應(yīng)的函數(shù)或?qū)傩砸蕾?lài)于對(duì)象的靜態(tài)類(lèi)型，發(fā)生在編譯期；
  - 意味著綁定的函數(shù)或者變量，已經(jīng)在編譯階段，該語(yǔ)句已經(jīng)被編譯成“call 函數(shù)地址”或"callq 函數(shù)地址"這樣的匯編指令格式，并且這些匯編指令中的函數(shù)地址在程序編譯后是固定不變的，請(qǐng)記住，所有函數(shù)都有唯一的地址。
- 動(dòng)態(tài)綁定：綁定的是動(dòng)態(tài)類(lèi)型，所對(duì)應(yīng)的函數(shù)或?qū)傩砸蕾?lài)于對(duì)象的動(dòng)態(tài)類(lèi)型，發(fā)生在運(yùn)行期；
只有虛函數(shù)才使用的是動(dòng)態(tài)綁定（實(shí)現(xiàn)多態(tài)），其他的全部是靜態(tài)綁定；
編譯器使用動(dòng)態(tài)綁定的三個(gè)條件：
- 通過(guò)指針 / 引用調(diào)用函數(shù)；
- 指針是向上轉(zhuǎn)型后的指針（this指的是子類(lèi)對(duì)象，符合向上轉(zhuǎn)型）；【即父類(lèi)指針指向子類(lèi)對(duì)象】
- 指針調(diào)用的是虛函數(shù)。
- 簡(jiǎn)單一句話：使用基類(lèi)的引用（指針）調(diào)用虛函數(shù)

3. vtpr和vtbl

vtpr（虛指針）：
- 對(duì)于有virtual函數(shù)的類(lèi)，它的實(shí)例化對(duì)象在內(nèi)存空間中除了包含數(shù)據(jù)的大小，還會(huì)多出一個(gè)指針（4個(gè)字節(jié)）的大小，同時(shí)會(huì)放在內(nèi)存中最開(kāi)始的位置，這個(gè)指針就是vptr（虛指針），它指向了vtbl（虛函數(shù)表），即 vptr內(nèi)容 vtbl的地址。
vtbl（虛函數(shù)表）：
- vtbl 內(nèi)容：保存了一個(gè)類(lèi)持有的虛函數(shù)的地址；
- 建兩個(gè)A對(duì)象，發(fā)現(xiàn)他們的虛函數(shù)指針相同，這說(shuō)明他們的虛函數(shù)表屬于類(lèi)，不屬于對(duì)象。所以虛函數(shù)表應(yīng)該存在共有區(qū)；
- 位置：虛函數(shù)表放在了全局?jǐn)?shù)據(jù)段。
查找過(guò)程：
- 在編譯時(shí)，編譯器會(huì)為【整個(gè)繼承關(guān)系中的每個(gè)虛函數(shù)】進(jìn)行順序編號(hào)，按照這個(gè)編號(hào)順序，在vtbl中放置虛函數(shù)地址；
- 調(diào)用一個(gè)實(shí)例化對(duì)象的虛函數(shù)過(guò)程：
  - 先找到vtptr（在實(shí)例化對(duì)象所在內(nèi)存的開(kāi)頭位置）；
  - 通過(guò)vtptr內(nèi)容，找到vtbl；
  - 從vtbl找到對(duì)應(yīng)虛函數(shù)的地址，把它當(dāng)成函數(shù)指針去調(diào)用；
  - 函數(shù)指針調(diào)用的方式：后面的§，是傳遞隱藏參數(shù)this pointer；

4. 多態(tài)

多態(tài)和動(dòng)態(tài)綁定是一回事（涉及虛函數(shù)、虛函數(shù)指針、虛函數(shù)表）

5. 圖示一

圖中有A、B、C三個(gè)對(duì)象：
- 對(duì)象關(guān)系：
  - B是A的子類(lèi)，C是B的子類(lèi)；
- 對(duì)象內(nèi)容：
  - A對(duì)象：2個(gè)虛函數(shù)，2個(gè)非虛函數(shù)，2個(gè)int數(shù)據(jù)；
  - B對(duì)象：
    - 自身的內(nèi)容：1個(gè)非虛函數(shù)，1個(gè)int；
    - 繼承的內(nèi)容：繼承了A的2個(gè)虛函數(shù)，但自己重新定義了其中一個(gè)；繼承了A的2個(gè)非虛函數(shù)；繼承了A的兩個(gè)int數(shù)據(jù)；
    - 總內(nèi)容：2個(gè)虛函數(shù)（其中一個(gè)自定義），3個(gè)非虛函數(shù)，3個(gè)int數(shù)據(jù)；
  - C對(duì)象：
    - 自身的內(nèi)容：1個(gè)非虛函數(shù)，2個(gè)int；
    - 繼承的內(nèi)容：繼承了B的2個(gè)虛函數(shù)，但自己重新定義了其中一個(gè)；繼承了B的3個(gè)非虛函數(shù)；繼承了B的3個(gè)int數(shù)據(jù)；
    - 總內(nèi)容：：2個(gè)虛函數(shù)（其中一個(gè)自定義），4個(gè)非虛函數(shù)，5個(gè)int數(shù)據(jù)；
- 三個(gè)類(lèi)的函數(shù)個(gè)數(shù)：
  - 4個(gè)非虛函數(shù)；
  - 4個(gè)虛函數(shù)；

6. 圖示二

A為shape抽象類(lèi)；
B、C為具體的形狀類(lèi)；
A有draw虛函數(shù)，B、C自定義了draw函數(shù)（相當(dāng)于上一頁(yè)的vfunc1()）；
右下角的容器：
- 使用父類(lèi)指針指向子類(lèi)的方式（多態(tài)），使容器可以包含多種類(lèi)型；

7. template method補(bǔ)充

也可以使用基類(lèi)指針指向派生類(lèi)對(duì)象 CDocument* cdoc = new CMyDoc()，來(lái)調(diào)用OnFileOpen()函數(shù)；
執(zhí)行Serialize()函數(shù)，滿足動(dòng)態(tài)綁定三個(gè)條件，編譯器會(huì)把Serialize()寫(xiě)出函數(shù)指針調(diào)用的形式（圖左邊）；
在動(dòng)態(tài)綁定三個(gè)條件中的第二個(gè)，不太好理解：
- 指針是向上轉(zhuǎn)型后的指針（this指的是子類(lèi)對(duì)象，符合向上轉(zhuǎn)型）；
- 【簡(jiǎn)單理解為只要this指的是子類(lèi)對(duì)象，就滿足這個(gè)條件。】
- 可能右下角調(diào)用OnFileOpen()中的this指針類(lèi)型是父類(lèi)指針類(lèi)型。（這樣就有父類(lèi)指針指向子類(lèi)對(duì)象）

12. const member functions（常量成員函數(shù)） 1. 形式（const加的位置）：

class Complex{
public:
    // const member function（常量成員函數(shù)）
	double real () const { return resl; }
	double imag () const { return im; }
private:
	double re, im;
};

常量成員函數(shù)顧名思義：
- 只能定義在成員函數(shù)身上，全局函數(shù)不行；

2. member functions 與 object 的規(guī)則

const object （要求 data members 不能改動(dòng)）；
non-const object （data members 可改動(dòng)）；
const member functions（保證這個(gè)成員函數(shù)不更改 data members）；
non-const member functions（不保證這個(gè)成員函數(shù)不更改 data members）；

3. const member functions 和 non-const member functions 的特殊規(guī)則

一個(gè) member function 如果同時(shí)存在 const 和 non-const 版本：
- 明確了調(diào)用函數(shù)的對(duì)象是 const object，還是 non-const object；
- 主要是明確了調(diào)用 const member functions 的對(duì)象（因?yàn)橐话闱闆r下，non-const object也可以調(diào)用const member functions，上面表的第一行）
標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)（string）的成員函數(shù)示范：
- operator[] 函數(shù)同時(shí)存在 const 和 non-const 版本；
- 常量成員函數(shù)的const是函數(shù)簽名的一部分，所以可以進(jìn)行函數(shù)重載；
- 根據(jù)特殊規(guī)則：
  - 調(diào)用 const member functions 的對(duì)象，一定是const object；
  - 調(diào)用 non-const member functions 的對(duì)象，一定是non-const object；

13. 重載operator new、delete、 new[]、delete[] 1. 知識(shí)回顧

new過(guò)程（分三步）：
- 先使用operator new分配空間，底層使用malloc函數(shù)；
- 進(jìn)行指針類(lèi)型轉(zhuǎn)換；
- 再調(diào)用構(gòu)造函數(shù)：對(duì)于帶有指針的類(lèi)，通過(guò)構(gòu)造函數(shù)，分配指針指向的數(shù)據(jù)；
delete過(guò)程（分兩步）：
- 先調(diào)用析構(gòu)函數(shù)：對(duì)于帶有指針的類(lèi)，通過(guò)析構(gòu)函數(shù)，釋放指針指向的數(shù)據(jù)；
- 再使用operator delete釋放分配的空間，底層使用free函數(shù)。
在new和delete的過(guò)程中，new和delete本身是不能重載的，但new和delete中operator new和operator delete操作是可以重載的：
- operator new和operator delete的調(diào)用順序：
  - 先找類(lèi)中的重載版本；
  - 再找全局版本。

2. 重載 ::operator new、new[] 和 ::operator delete、delete[]

一般不重載全局operator new、delete、new[]、delete[]；

3. 重載 member operator new 和 member operator delete

圖中的member operator delete中的optional參數(shù)表示該參數(shù)可選；
該類(lèi)進(jìn)行new和delete中，優(yōu)先找member operator new 和 member operator delete；

4. 重載 member operator new[] 和 member operator delete[]

圖中的optional指該參數(shù)可選；
該類(lèi)進(jìn)行new[] 和delete[]中，優(yōu)先找member operator new[] 和 member operator delete[]；

5. operator new、delete、 new[]、delete[] 使用示范 1. member operator new、delete、 new[]、delete[]重載寫(xiě)法

（僅僅增加打印信息）
重載函數(shù)：
- operator new；
- operator delete；
- operator new[]；
- operator delete[]；

global 與member operator new、delete、 new[]、delete[]相關(guān)函數(shù)的調(diào)用順序：

// 優(yōu)先調(diào)用member version，如果沒(méi)有member version，就調(diào)用global version；
Foo* pf = new Foo;
delete pf;

// 強(qiáng)制調(diào)用global version；
Foo* pf = ::new Foo;
::delete pf;

在這里插入圖片描述

2. member operator new、delete、 new[]、delete[]調(diào)用過(guò)程

不帶有虛函數(shù)的類(lèi)：
- 由上一頁(yè)可知，sizeof(Foo) = 12【int：4個(gè)字節(jié)，long：4個(gè)字節(jié)，string：4個(gè)字節(jié)（指針）】；
- 調(diào)用 operator new 和 delete：
  - ```
  // 調(diào)用 operator new 和 delete
  Foo* p = new Foo(7);	// 這個(gè)參數(shù)是構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)
  delete p;
```
- 分配一個(gè)對(duì)象的大小空間（這個(gè)例子 == 12）；
- 注意點(diǎn)：
  - operator new的第一個(gè)參數(shù)是編譯器自動(dòng)傳遞的；
  - 下圖左邊①中后面的Foo(7)是Foo的構(gòu)造函數(shù)，不要和new的參數(shù)混淆了；
- 調(diào)用 operator new[] 和 delete[]：
  - ```
  // 調(diào)用 operator new[] 和 delete[]
  Foo* pArray = new Foo[5];
  delete pArray[];
```
- 分配5個(gè)對(duì)象的大小空間 == 12*5 + 4 == 64；【調(diào)用operator new[] 時(shí)，會(huì)有一個(gè)額外整型用于記錄數(shù)組的大小，整型4個(gè)字節(jié)，面向?qū)ο髉art one中有講過(guò)】
- new[] 和 delete[] 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的順序相反【看this指針順序】
帶有虛函數(shù)的類(lèi)：
- 唯一不同在于，帶有虛函數(shù)的類(lèi)，會(huì)多一個(gè)虛函數(shù)指針的大小；
- sizeof(Foo) = 16；
- 分配5個(gè)的大小 == 16*5 + 4 = 84；

3. 顯式調(diào)用global operator new、delete、 new[]、delete[]過(guò)程

強(qiáng)迫使用global version，沒(méi)有member version的打印信息；

14. 重載member operator new(…) 、 delete(…) 1. new(…) 、delete(…)和new、delete的區(qū)別

括號(hào)的意義：operator new() 、delete() 額外設(shè)置了參數(shù)；
placement術(shù)語(yǔ)介紹：
- member operator new() == placement new；
- member operator delete() == placement delete；

2. member operator new(…)

member operator new() 可以有多個(gè)參數(shù)，但第一個(gè)參數(shù)類(lèi)型一定是size_t（unsigned int），并且這個(gè)參數(shù)是由編譯器傳遞；
不同版本的 member operator new() 必須有不同的參數(shù)列（才能進(jìn)行函數(shù)重載，函數(shù)簽名不同）：
- 即第一個(gè)參數(shù)之后的參數(shù)，個(gè)數(shù)、類(lèi)型要有區(qū)別；

member operator new() 調(diào)用方式：

調(diào)用時(shí)，需要手動(dòng)傳遞的參數(shù)是第一個(gè)參數(shù)以后的參數(shù)；
下面的 member operator new() 說(shuō)明，定義時(shí)有三個(gè)參數(shù)；

// 調(diào)用 operator new() 和 delete
// new(300, 'c')：說(shuō)明這個(gè)operator new()有三個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)不需要手動(dòng)傳遞。
Foo* p = new(300, 'c') Foo(7);	// 注意傳遞new的參數(shù)，以及構(gòu)造參數(shù)的位置
delete p;

3. member operator delete(…)

member operator delete() 也可以重載，也可以不重載；
這一步不是必須的，因?yàn)椴粫?huì)被delete調(diào)用【正常 delete 調(diào)用 void operator delete(void*, size_t) 版本】；
member operator delete() 調(diào)用：
- 無(wú)論new調(diào)用的是哪種版本，只有一般版本的delete會(huì)被調(diào)用；
member operator delete() 作用：
- new操作分為三步：
  - operator new；
  - 轉(zhuǎn)型；
  - 構(gòu)造函數(shù)；
- 只有當(dāng) new 中第三步，調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)拋出異常，才會(huì)調(diào)用這些 member operator new() 版本對(duì)應(yīng)的 operator delete() ，釋放之前 member operator new() 分配的空間；
- 它只可能這樣被調(diào)用，主要用來(lái)歸還未能完全創(chuàng)建成功的對(duì)象所占用的內(nèi)存空間。

4. member operator new(…)、delete(…)重載書(shū)寫(xiě)和使用

member operator new()：
- (1) ~ (4) 不同版本的 placement new；
- (5)：故意寫(xiě)錯(cuò)第一參數(shù)的 placement new 不合法版本；編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)，要求第一個(gè)參數(shù)類(lèi)型是 size_t；
member operator delete()：
- (1) ~ (4) 的 placement delete 對(duì)應(yīng)上一頁(yè)不同版本的 placement new；
- 【上一頁(yè)在構(gòu)造函數(shù)中故意拋出異常；】
- 右邊⑤：構(gòu)造函數(shù)失?。⊕伋霎惓＃?，是否會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的 placement delete，取決于編譯器；
- 最下面的方框：
  - 沒(méi)有定義對(duì)應(yīng) operator new(…) 版本的 operator delete(…)，也不會(huì)報(bào)錯(cuò)；
  - 這意味著放棄構(gòu)造函數(shù)拋出的異常。

5. 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)string重載placement new

重載 placement new 用于分配額外的空間，作為 string 的內(nèi)容空間；
Rep：是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù) string 用于計(jì)數(shù)有多少用戶(hù)共用這個(gè)字符串對(duì)象的計(jì)數(shù)器（reference counting 技術(shù)）；
reference counting 技術(shù)：
- 允許多個(gè)擁有共同值的對(duì)象共享同一個(gè)對(duì)象實(shí)體，解決了同一個(gè)對(duì)象存在多分拷貝的問(wèn)題。

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