C++辨析

                        C++辨析系列談
                       ·鄭力羣·yesky

　　static 是C++中很常用的修飾符，它被用來控制變量的存儲方式和可見性，下
面我將從 static 修飾符的產生原因、作用談起，全面分析static 修飾符的實質
。

static 的兩大作用:

一、控制存儲方式：

　　static被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態存儲區而非棧上空間。


　　1、引出原因：函數內部定義的變量，在程序執行到它的定義處時，編譯器爲
它在棧上分配空間，大家知道，函數在棧上分配的空間在此函數執行結束時會釋放
掉，這樣就產生了一個問題: 如果想將函數中此變量的值保存至下一次調用時，如
何實現？ 
最容易想到的方法是定義一個全局的變量，但定義爲一個全局變量有許多缺點，最
明顯的缺點是破壞了此變量的訪問範圍（使得在此函數中定義的變量，不僅僅受此
函數控制）。

　　2、 解決方案：因此C++ 中引入了static，用它來修飾變量，它能夠指示編譯
器將此變量在程序的靜態存儲區分配空間保存，這樣即實現了目的，又使得此變量
的存取範圍不變。

二、控制可見性與連接類型 :

　　static還有一個作用，它會把變量的可見範圍限制在編譯單元中，使它成爲一
個內部連接，這時，它的反義詞爲”extern”.

　　Static作用分析總結：static總是使得變量或對象的存儲形式變成靜態存儲，
連接方式變成內部連接，對於局部變量（已經是內部連接了），它僅改變其存儲方
式；對於全局變量（已經是靜態存儲了），它僅改變其連接類型。

類中的static成員：

一、出現原因及作用：

　　1、需要在一個類的各個對象間交互，即需要一個數據對象爲整個類而非某個
對象服務。

　　2、同時又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內部，對外不可見
。

　　類的static成員滿足了上述的要求，因爲它具有如下特徵：有獨立的存儲區，
屬於整個類。

二、注意：

　　1、對於靜態的數據成員，連接器會保證它擁有一個單一的外部定義。靜態數
據成員按定義出現的先後順序依次初始化，注意靜態成員嵌套時，要保證所嵌套的
成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。

　　2、類的靜態成員函數是屬於整個類而非類的對象，所以它沒有this指針，這
就導致了它僅能訪問類的靜態數據和靜態成員函數。 


C++辨析系列談(二)
3/14/2001 10:1:23· 鄭力羣·yesky


　　const 是C++中常用的類型修飾符，但我在工作中發現，許多人使用它僅僅是
想當然爾，這樣,有時也會用對，但在某些微妙的場合，可就沒那麼幸運了，究其
實質原由，大多因爲沒有搞清本源。故在本篇中我將對const進行辨析。溯其本源
，究其實質，希望能對大家理解const有所幫助，根據思維的承接關係，分爲如下
幾個部分進行闡述。

C++中爲什麼會引入const

　　C++的提出者當初是基於什麼樣的目的引入（或者說保留）const關鍵字呢？，
這是一個有趣又有益的話題，對理解const很有幫助。

1． 大家知道，C++有一個類型嚴格的編譯系統，這使得C++程序的錯誤在編譯階段
即可發現許多，從而使得出錯率大爲減少，因此，也成爲了C++與C相比，有着突出
優點的一個方面。

2． C中很常見的預處理指令 #define VariableName VariableValue 可以很方便
地進行值替代，這種值替代至少在三個方面優點突出：

　　一是避免了意義模糊的數字出現，使得程序語義流暢清晰，如下例：
　　#define USER_NUM_MAX 107 這樣就避免了直接使用107帶來的困惑。

　　二是可以很方便地進行參數的調整與修改，如上例，當人數由107變爲201時，
進改動此處即可， 

　　三是提高了程序的執行效率，由於使用了預編譯器進行值替代，並不需要爲這
些常量分配存儲空間，所以執行的效率較高。

　　鑑於以上的優點，這種預定義指令的使用在程序中隨處可見。

3． 說到這裏，大家可能會迷惑上述的1點、2點與const有什麼關係呢?,好，請接
着向下看來：

　　預處理語句雖然有以上的許多優點，但它有個比較致命的缺點，即，預處理語
句僅僅只是簡單值替代，缺乏類型的檢測機制。這樣預處理語句就不能享受C++嚴
格類型檢查的好處，從而可能成爲引發一系列錯誤的隱患。

4．好了，第一階段結論出來了：
結論： Const 推出的初始目的，正是爲了取代預編譯指令，消除它的缺點，同時
繼承它的優點。

現在它的形式變成了：

Const DataType VariableName = VariableValue ;


爲什麼const能很好地取代預定義語句？ 
const 到底有什麼大神通，使它可以振臂一揮取代預定義語句呢？

1． 首先，以const 修飾的常量值，具有不可變性，這是它能取代預定義語句的基
礎。

2． 第二，很明顯，它也同樣可以避免意義模糊的數字出現，同樣可以很方便地進
行參數的調整和修改。

3． 第三，C++的編譯器通常不爲普通const常量分配存儲空間，而是將它們保存在
符號表中，這使得它成爲一個編譯期間的常量，沒有了存儲與讀內存的操作，使得
它的效率也很高，同時，這也是它取代預定義語句的重要基礎。

這裏，我要提一下，爲什麼說這一點是也是它能取代預定義語句的基礎，這是因爲
，編譯器不會去讀存儲的內容，如果編譯器爲const分配了存儲空間，它就不能夠
成爲一個編譯期間的常量了。

4． 最後，const定義也像一個普通的變量定義一樣，它會由編譯器對它進行類型
的檢測，消除了預定義語句的隱患。


const 使用情況分類詳析

1.const 用於指針的兩種情況分析：
　int const *A; 　//A可變，*A不可變
　int *const A; 　//A不可變，*A可變 

　　分析：const 是一個左結合的類型修飾符，它與其左側的類型修飾符和爲一個
類型修飾符，所以，int const 限定 *A,不限定A。int *const 限定A,不限定*A。


2.const 限定函數的傳遞值參數：

　void Fun(const int Var);

　　分析：上述寫法限定參數在函數體中不可被改變。由值傳遞的特點可知，Var
在函數體中的改變不會影響到函數外部。所以，此限定與函數的使用者無關，僅與
函數的編寫者有關。

結論：最好在函數的內部進行限定，對外部調用者屏蔽，以免引起困惑。如可改寫
如下：

void Fun(int Var){
const int & VarAlias = Var;

VarAlias ....

.....

} 

3.const 限定函數的值型返回值：

const int Fun1(); 

const MyClass Fun2();

　分析:上述寫法限定函數的返回值不可被更新，當函數返回內部的類型時（如
Fun1），已經是一個數值，當然不可被賦值更新，所以，此時const無意義，最好
去掉，以免困惑。當函數返回自定義的類型時（如Fun2），這個類型仍然包含可以
被賦值的變量成員，所以，此時有意義。

4. 傳遞與返回地址： 此種情況最爲常見，由地址變量的特點可知，適當使用
const，意義昭然。

5.　const 限定類的成員函數：

class ClassName {

　public:

　　int Fun() const;

　.....

}

　　注意：採用此種const 後置的形式是一種規定，亦爲了不引起混淆。在此函數
的聲明中和定義中均要使用const,因爲const已經成爲類型信息的一部分。

獲得能力：可以操作常量對象。

失去能力：不能修改類的數據成員，不能在函數中調用其他不是const的函數。

　　在本篇中，const方面的知識我講的不多，因爲我不想把它變成一本C++的教科
書。我只是想詳細地闡述它的實質和用處. 我會盡量說的很詳細，因爲我希望在一
種很輕鬆隨意的氣氛中說出自己的某些想法，畢竟，編程也是輕鬆，快樂人生的一
部分。有時候，你會驚歎這其中的世界原來是如此的精美。


C++辨析系列談(三)
3/6/2001 10:3:34· 鄭力羣·yesky

　　在上篇談了const後，本篇再來談一下inline這個關鍵字，之所以把這篇文章
放在這個位置,是因爲inline這個關鍵字的引入原因和const十分相似，下面分爲如
下幾個部分進行闡述。

C++中引入inline關鍵字的原因:

　　inline 關鍵字用來定義一個類的內聯函數，引入它的主要原因是用它替代C中
表達式形式的宏定義。

表達式形式的宏定義一例：

　　　#define ExpressionName(Var1,Var2) (Var1+Var2)*(Var1-Var2)

爲什麼要取代這種形式呢，且聽我道來：

　　1． 首先談一下在C中使用這種形式宏定義的原因，C語言是一個效率很高的語
言，這種宏定義在形式及使用上像一個函數，但它使用預處理器實現，沒有了參數
壓棧，代碼生成等一系列的操作,因此，效率很高，這是它在C中被使用的一個主要
原因。

　　2． 這種宏定義在形式上類似於一個函數，但在使用它時，僅僅只是做預處理
器符號表中的簡單替換，因此它不能進行參數有效性的檢測，也就不能享受C++編
譯器嚴格類型檢查的好處，另外它的返回值也不能被強制轉換爲可轉換的合適的類
型，這樣，它的使用就存在着一系列的隱患和侷限性。

　　3． 在C++中引入了類及類的訪問控制，這樣，如果一個操作或者說一個表達
式涉及到類的保護成員或私有成員，你就不可能使用這種宏定義來實現(因爲無法
將this指針放在合適的位置)。

　　4． inline 推出的目的，也正是爲了取代這種表達式形式的宏定義，它消除
了它的缺點，同時又很好地繼承了它的優點。

爲什麼inline能很好地取代表達式形式的預定義呢？

對應於上面的1-3點，闡述如下：

　　1． inline 定義的類的內聯函數，函數的代碼被放入符號表中，在使用時直
接進行替換，（像宏一樣展開），沒有了調用的開銷，效率也很高。 

　　2． 很明顯，類的內聯函數也是一個真正的函數，編譯器在調用一個內聯函數
時，會首先檢查它的參數的類型，保證調用正確。然後進行一系列的相關檢查，就
像對待任何一個真正的函數一樣。這樣就消除了它的隱患和侷限性。 

　　3． inline 可以作爲某個類的成員函數，當然就可以在其中使用所在類的保
護成員及私有成員。 


在何時使用inline函數：

　　首先，你可以使用inline函數完全取代表達式形式的宏定義。

　　另外要注意，內聯函數一般只會用在函數內容非常簡單的時候，這是因爲，內
聯函數的代碼會在任何調用它的地方展開，如果函數太複雜，代碼膨脹帶來的惡果
很可能會大於效率的提高帶來的益處。 內聯函數最重要的使用地方是用於類的存
取函數。 

如何使用類的inline函數： 

簡單提一下inline 的使用吧：

1.在類中定義這種函數：

class ClassName{

.....

....

GetWidth(){return m_lPicWidth;}; // 如果在類中直接定義，可以不使用
inline修飾

....

....

} 

2.在類中聲明，在類外定義:

class ClassName{

.....

....

GetWidth(); // 如果在類中直接定義，可以不使用inline修飾

....


....

} 

inline GetWidth(){

return m_lPicWidth;

}

　　在本篇中，談了一種特殊的函數，類的inline函數，它的源起和特點在某種說
法上與const很類似，可以與const搭配起來看。另外，最近有許多朋友與我Mail交
往，給我談論了許多問題，給了我很多啓發，在此表示感謝。 


C++辨析系列談之四
4/26/2001 9:23:18· 鄭力羣 ·yesky


　　前言

　　面向對象程序設計的基本觀點是用程式來仿真大千世界，這使得它的各種根本
特性非常人性化，如封裝、繼承、多態等等，而虛擬函數就是C++中實現多態性的
主將。爲了實現多態性，C++編譯器也革命性地提供了動態聯編（或叫晚捆綁）這
一特徵。

　　虛擬函數亦是MFC編程的關鍵所在,MFC編程主要有兩種方法：一是響應各種消
息，進行對應的消息處理。二就是重載並改寫虛擬函數，來實現自己的某些要求或
改變系統的某些默認處理。

　　虛函數的地位是如此的重要，對它進行窮根究底，力求能知其然並知其所以然
 對我們編程能力的提高大有好處。下面且聽我道來。

　　多態性和動態聯編的實現過程分析

　　一、基礎略提（限於篇幅，請參閱相應的C++書籍）：

　　1、多態性：使用基礎類的指針動態調用其派生類中函數的特性。


　　2、動態聯編：在運行階段，纔將函數的調用與對應的函數體進行連接的方式
，又叫運行時聯編或晚捆綁。

　　二、過程描述：

　　1、編譯器發現一個類中有虛函數，編譯器會立即爲此類生成虛擬函數表 
VTABLE（後面有對VTABLE的分析）。虛擬函數表的各表項爲指向對應虛擬函數的指
針。

　　2、編譯器在此類中隱含插入一個指針VPTR（對VC編譯器來說，它插在類的第
一個位置上）。

　　有一個辦法可以讓你感知這個隱含指針的存在，雖然你不能在類中直接看到它
，但你可以比較一下含有虛擬函數時的類的尺寸和沒有虛擬函數時的類的尺寸，你
能夠發現，這個指針確實存在。 

　　class CNoVirtualFun
　　　{
　　　　private:
　　　　LONG lMember;
　　　　public:
　　　　LONG GetMemberValue（);
　　　} class CHaveVirtualFun
　　　{
　　　　private:
　　　　　LONG lMember;
　　　　public:
　　　　　virtual LONG GetMemberValue（);
　　　　} 

　　　CNoVirtualFun obj;
　　　sizeof(obj) -> == 4; 
　　　CHaveVirtualFun obj;
　　　sizeof(obj) -> == 8; 

　　3、在調用此類的構造函數時，在類的構造函數中，編譯器會隱含執行VPTR與
VTABLE的關聯代碼，將VPTR指向對應的VTable。這就將類與此類的VTABLE聯繫了起
來。

　　4、在調用類的構造函數時，指向基礎類的指針此時已經變成指向具體的類的
this指針，這樣依靠此this指針即可得到正確的VTABLE，從而實現了多態性。在此
時才能真正與函數體進行連接，這就是動態聯編。


三、VTABLE 分析：

　　分析1：虛擬函數表包含此類及其父類的所有虛擬函數的地址。如果它沒有重
載父類的虛擬函數，VTABLE中對應表項指向其父類的此函數。反之，指向重載後的
此函數。

　　分析2：虛擬函數被繼承後仍舊是虛擬函數，虛擬函數非常嚴格地按出現的順
序在 VTABLE 中排序，所以確定的虛擬函數對應 VTABLE 中一個固定的位置n，n是
一個在編譯時就確定的常量。所以，使用VPTR加上對應的n，就可得到對應函數的
入口地址。

　　四、編譯器調用虛擬函數的彙編碼（參考Think in C++）：

　　push FunParam ；先將函數參數壓棧

　　push si ；將this指針壓棧,以確保在當前類上操作

　　mov bx,word ptr[si] ；因爲VC++編譯器將VPTR放在類的第一個位置上，所以
bx內爲VPTR

　　call word ptr[bx+n] ；調用虛擬函數。n = 所調用的虛擬函數在對應 
VTABLE 中的位置 


純虛函數：

　　一、引入原因：

　　1、爲了方便使用多態特性，我們常常需要在基類中定義虛擬函數。

　　2、在很多情況下，基類本身生成對象是不合情理的。例如，動物作爲一個基
類可以派生出老虎、孔雀等子類，但動物本身生成對象明顯不合常理。

　　爲了解決上述問題，引入了純虛函數的概念，將函數定義爲純虛函數（方法：
virtual ReturnType Function()= 0;），則編譯器要求在派生類中必須予以重載
以實現多態性。同時含有純虛擬函數的類稱爲抽象類，它不能生成對象。這樣就很
好地解決了上述兩個問題。

　　二、純虛函數實質：

　　1、類中含有純虛函數則它的VTABLE表不完全，有一個空位，所以，不能生成
對象（編譯器絕對不允許有調用一個不存在函數的可能）。在它的派生類中，除非
重載這個函數，否則，此派生類的VTABLE表亦不完整，亦不能生成對象，即它也成
爲一個純虛基類。


　　虛函數與構造、析構函數：

　　1、構造函數本身不能是虛擬函數；並且虛機制在構造函數中不起作用（在構
造函數中的虛擬函數只會調用它的本地版本）。

　　想一想，在基類構造函數中使用虛機制，則可能會調用到子類，此時子類尚未
生成，有何後果！？。

　　2、析構函數本身常常要求是虛擬函數；但虛機制在析構函數中不起作用。

　　若類中使用了虛擬函數，析構函數一定要是虛擬函數，比如使用虛擬機制調用
delete,沒有虛擬的析構函數，怎能保證delete的是你希望delete的對象。

　　虛機制也不能在析構函數中生效，因爲可能會引起調用已經被delete掉的類的
虛擬函數的問題。

　　對象切片：

　　向上映射(子類被映射到父類)的時候，會發生子類的VTABLE 完全變成父類的
VTABLE的情況。這就是對象切片。

　　原因：向上映射的時候，接口會變窄，而編譯器絕對不允許有調用一個不存在
函數的可能，所以，子類中新派生的虛擬函數的入口在VTABLE中會被強行“切”掉
，從而出現上述情況。

　　虛擬函數使用的缺點

　　優點講了一大堆，現在談一下缺點，虛函數最主要的缺點是執行效率較低，看
一看虛擬函數引發的多態性的實現過程，你就能體會到其中的原因。