文章目录
- C++面向对象编程（下）
- 11. vtpr（virtual pointer）和vtbl（virtual table）
- 1. 前提须知
- 2. 静态绑定和动态绑定
- 3. vtpr和vtbl
- 4. 多态
- 5. 图示一
- 6. 图示二
- 7. template method补充
- 12. const member functions（常量成员函数）
- 1. 形式（const加的位置）：
- 2. member functions 与 object 的规则
- 3. const member functions 和 non-const member functions 的特殊规则
- 13. 重载operator new、delete、 new[]、delete[]
- 1. 知识回顾
- 2. 重载 ::operator new、new[] 和 ::operator delete、delete[]
- 3. 重载 member operator new 和 member operator delete
- 4. 重载 member operator new[] 和 member operator delete[]
- 5. operator new、delete、 new[]、delete[] 使用示范
- 1. member operator new、delete、 new[]、delete[]重载写法
- 2. member operator new、delete、 new[]、delete[]调用过程
- 3. 显式调用global operator new、delete、 new[]、delete[]过程
- 14. 重载member operator new(...) 、 delete(...)
- 1. new(...) 、delete(...)和new、delete的区别
- 2. member operator new(...)
- 3. member operator delete(...)
- 4. member operator new(...)、delete(...)重载书写和使用
- 5. 标准库string重载placement new
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11. vtpr（virtual pointer）和vtbl（virtual table）
1. 前提须知
- 实例对象在内存的表现：
- 函数在内存中的位置，与实例对象占用的内存没有关系；
- 对于一个类的多个对象，函数在内存中也只会有一份；
- 实例对象占用的内存，只会包含对象的数据；如果有虚函数，还会包含一个虚指针；【无论有多少个虚函数，都只会多占用一个指针的空间；】
- 继承：
- 对于父类中的函数，子类只是继承了函数的调用权，不会为子类在内存中另外生成一份函数【因为函数始终只在内存占一份】；
- 如果父类有虚函数，那么子类也一定有虚函数（继承）；
- 虽然父类和子类中的非虚函数和数据，命名可以重复（因为二者没有什么关系），但这样的命名风格不好。
2. 静态绑定和动态绑定
- 类型：
- 静态类型：对象在声明时采用的类型，在编译期既已确定；
- 动态类型：通常是指一个指针或引用目前所指对象的类型，是在运行期决定的；
- 绑定(Binding)：是指将变量和函数名转换为地址的过程。
- 静态绑定：绑定的是静态类型，所对应的函数或属性依赖于对象的静态类型，发生在编译期；
- 意味着绑定的函数或者变量，已经在编译阶段，该语句已经被编译成“call 函数地址”或"callq 函数地址"这样的汇编指令格式，并且这些汇编指令中的函数地址在程序编译后是固定不变的，请记住，所有函数都有唯一的地址。
- 动态绑定：绑定的是动态类型，所对应的函数或属性依赖于对象的动态类型，发生在运行期；
- 只有虚函数才使用的是动态绑定（实现多态），其他的全部是静态绑定；
- 编译器使用动态绑定的三个条件：
- 通过指针 / 引用调用函数；
- 指针是向上转型后的指针（this指的是子类对象，符合向上转型）；【即父类指针指向子类对象】
- 指针调用的是虚函数。
- 简单一句话：
使用基类的引用（指针）调用虚函数
3. vtpr和vtbl
vtpr（虚指针）：
- 对于有virtual函数的类，它的实例化对象在内存空间中除了包含数据的大小，还会多出一个指针（4个字节）的大小，同时会放在内存中最开始的位置，这个指针就是vptr（虚指针），它指向了vtbl（虚函数表），即 vptr内容 vtbl的地址。
vtbl（虚函数表）：
- vtbl 内容：保存了一个类持有的虚函数的地址；
- 建两个A对象，发现他们的虚函数指针相同，这说明他们的虚函数表属于类，不属于对象。所以虚函数表应该存在共有区；
- 位置：虚函数表放在了全局数据段。
查找过程：
- 在编译时，编译器会为【整个继承关系中的每个虚函数】进行顺序编号，按照这个编号顺序，在vtbl中放置虚函数地址；
- 调用一个实例化对象的虚函数过程：
- 先找到vtptr（在实例化对象所在内存的开头位置）；
- 通过vtptr内容，找到vtbl；
- 从vtbl找到对应虚函数的地址，把它当成函数指针去调用；
- 函数指针调用的方式：后面的§，是传递隐藏参数this pointer；
4. 多态
- 多态和动态绑定是一回事（涉及虚函数、虚函数指针、虚函数表）
5. 图示一
- 图中有A、B、C三个对象：
- 对象关系：
- 对象内容：
- A对象：2个虚函数，2个非虚函数，2个int数据；
- B对象：
- 自身的内容：1个非虚函数，1个int；
- 继承的内容：继承了A的2个虚函数，但自己重新定义了其中一个；继承了A的2个非虚函数；继承了A的两个int数据；
- 总内容：2个虚函数（其中一个自定义），3个非虚函数，3个int数据；
- C对象：
- 自身的内容：1个非虚函数，2个int；
- 继承的内容：继承了B的2个虚函数，但自己重新定义了其中一个；继承了B的3个非虚函数；继承了B的3个int数据；
- 总内容：：2个虚函数（其中一个自定义），4个非虚函数，5个int数据；
- 三个类的函数个数：
- 4个非虚函数；
- 4个虚函数；
6. 图示二
- A为shape抽象类；
- B、C为具体的形状类；
- A有draw虚函数，B、C自定义了draw函数（相当于上一页的vfunc1()）；
- 右下角的容器：
- 使用父类指针指向子类的方式（多态），使容器可以包含多种类型；
7. template method补充
- 也可以使用基类指针指向派生类对象 CDocument* cdoc = new CMyDoc()，来调用OnFileOpen()函数；
- 执行Serialize()函数，满足动态绑定三个条件，编译器会把Serialize()写出函数指针调用的形式（图左边）；
- 在动态绑定三个条件中的第二个，不太好理解：
- 指针是向上转型后的指针（this指的是子类对象，符合向上转型）；
- 【简单理解为只要this指的是子类对象，就满足这个条件。】
- 可能右下角调用OnFileOpen()中的this指针类型是父类指针类型。（这样就有父类指针指向子类对象）
12. const member functions（常量成员函数）
1. 形式（const加的位置）：
class Complex{
public:
// const member function（常量成员函数）
double real () const { return resl; }
double imag () const { return im; }
private:
double re, im;
};
2. member functions 与 object 的规则
- const object （要求 data members 不能改动）；
- non-const object （data members 可改动）；
- const member functions（保证这个成员函数不更改 data members）；
- non-const member functions（不保证这个成员函数不更改 data members）；
3. const member functions 和 non-const member functions 的特殊规则
13. 重载operator new、delete、 new[]、delete[]
1. 知识回顾
2. 重载 ::operator new、new[] 和 ::operator delete、delete[]
- 一般不重载全局operator new、delete、new[]、delete[]；
3. 重载 member operator new 和 member operator delete
- 图中的member operator delete中的optional参数表示该参数可选；
- 该类进行new和delete中，优先找member operator new 和 member operator delete；
4. 重载 member operator new[] 和 member operator delete[]
- 图中的optional指该参数可选；
- 该类进行new[] 和delete[]中，优先找member operator new[] 和 member operator delete[]；
5. operator new、delete、 new[]、delete[] 使用示范
1. member operator new、delete、 new[]、delete[]重载写法
2. member operator new、delete、 new[]、delete[]调用过程
不带有虚函数的类：
由上一页可知，sizeof(Foo) = 12【int：4个字节，long：4个字节，string：4个字节（指针）】；
调用 operator new 和 delete：
调用 operator new[] 和 delete[]：
new[] 和 delete[] 调用构造函数和析构函数的顺序相反【看this指针顺序】
带有虚函数的类：
- 唯一不同在于，带有虚函数的类，会多一个虚函数指针的大小；
- sizeof(Foo) = 16；
- 分配5个的大小 == 16*5 + 4 = 84；
3. 显式调用global operator new、delete、 new[]、delete[]过程
- 强迫使用global version，没有member version的打印信息；
14. 重载member operator new(…) 、 delete(…)
1. new(…) 、delete(…)和new、delete的区别
- 括号的意义：operator new() 、delete() 额外设置了参数；
- placement术语介绍：
- member operator new() == placement new；
- member operator delete() == placement delete；
2. member operator new(…)
member operator new() 可以有多个参数，但第一个参数类型一定是size_t（unsigned int），并且这个参数是由编译器传递；
不同版本的 member operator new() 必须有不同的参数列（才能进行函数重载，函数签名不同）：
member operator new() 调用方式：
调用时，需要手动传递的参数是第一个参数以后的参数；
下面的 member operator new() 说明，定义时有三个参数；
// 调用 operator new() 和 delete
// new(300, 'c')：说明这个operator new()有三个参数，第一个参数不需要手动传递。
Foo* p = new(300, 'c') Foo(7); // 注意传递new的参数，以及构造参数的位置
delete p;
3. member operator delete(…)
- member operator delete() 也可以重载，也可以不重载；
- 这一步不是必须的，因为不会被delete调用【正常 delete 调用 void operator delete(void*, size_t) 版本】；
- member operator delete() 调用：
- 无论new调用的是哪种版本，只有一般版本的delete会被调用；
- member operator delete() 作用：
- new操作分为三步：
- 只有当 new 中第三步，调用的构造函数抛出异常，才会调用这些 member operator new() 版本对应的 operator delete() ，释放之前 member operator new() 分配的空间；
- 它只可能这样被调用，主要用来归还未能完全创建成功的对象所占用的内存空间。
4. member operator new(…)、delete(…)重载书写和使用
5. 标准库string重载placement new
- 重载 placement new 用于分配额外的空间，作为 string 的内容空间；
- Rep：是标准库 string 用于计数有多少用户共用这个字符串对象的计数器（reference counting 技术）；
- reference counting 技术：
- 允许多个拥有共同值的对象共享同一个对象实体，解决了同一个对象存在多分拷贝的问题。
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