成員函式指標與高效能的C++委託(中篇)
成員函式指標與高效能的C++委託(中篇)
Member Function Pointers and the Fastest Possible C++ Delegates
撰文：Don Clugston
翻譯：周翔
（接上篇）
成員函式指標——為什麼那麼複雜？
類的成員函式和標準的C函式有一些不同。與被顯式宣告的引數相似，類的成員函式有一個隱藏的引數this，它指向一個類的例項。根據不同的編譯器，this或者被看作內部的一個正常的引數，或者會被特別對待（比如，在VC++中，this一般通過ECX暫存器來傳遞，而普通的成員函式的引數被直接壓在堆疊中）。this作為引數和其他普通的引數有著本質的不同，即使一個成員函式受一個普通函式的支配，在標準
你可能會猜測，一個成員函式指標和一個普通函式指標一樣，只是一個程式碼指標。然而這種猜測也許是錯誤的。在大多數編譯器中，一個成員函式指標要比一個普通的函式指標要大許多。更奇怪的是，在Visual C++中，一個成員函式指標可以是4、8、12甚至16個位元組長，這取決於它所相關的類的性質，同時也取決於編譯器使用了怎樣的編譯設定！成員函式指標比你想象中的要複雜得多，但也不總是這樣。
讓我們回到二十世紀80年代初期，那時，最古老的C++編譯器CFront剛剛開發完成，那時C++語言只能實現單一繼承，而且成員函式指標剛被引入，它們很簡單：它們就像普通的函式指標，只是附加了額外的this作為它們的第一個引數，你可以將一個成員函式指標轉化成一個普通的函式指標，並使你能夠對這個額外新增的引數產生足夠的重視。
這個田園般的世界隨著CFront 2.0的問世被擊得粉碎。它引入了模版和多重繼承，多重繼承所帶來的破壞造成了成員函式指標的改變。問題在於，隨著多重繼承，呼叫之前你不知道使用哪一個父類的this指標，比如，你有4個類定義如下：
class A {
public:
virtual int Afunc() { return 2; };
};
class B {
public:
int Bfunc() { return 3; };
};
// C是個單一繼承類，它只繼承於A
class C: public A {
public:
int Cfunc() { return 4; };
};
// D 類使用了多重繼承
class D: public A, public B {
public:
int Dfunc() { return 5; };
};
假如我們建立了C類的一個成員函式指標。在這個例子中，Afunc和Cfunc都是C的成員函式，所以我們的成員函式指標可以指向Afunc或者Cfunc。但是Afunc需要一個this指標指向C::A(後面我叫它Athis)，而Cfunc需要一個this指標指向C（後面我叫它Cthis）。編譯器的設計者們為了處理這種情況使用了一個把戲（trick）：他們保證了A類在物理上儲存在C類的頭部（即C類的起始地址也就是一個A類的一個例項的起始地址），這意味著Athis == Cthis。我們只需擔心一個this指標就夠了，並且對於目前這種情況，所有的問題處理得還可以。
現在，假如我們建立一個D類的成員函式指標。在這種情況下，我們的成員函式指標可以指向Afunc、Bfunc或Dfunc。但是Afunc需要一個this指標指向D::A，而Bfunc需要一個this指標指向D::B。這時，這個把戲就不管用了，我們不可以把A類和B類都放在D類的頭部。所以，D類的一個成員函式指標不僅要說明要指明呼叫的是哪一個函式，還要指明使用哪一個this指標。編譯器知道A類佔用的空間有多大，所以它可以對Athis增加一個delta = sizeof(A)偏移量就可以將Athis指標轉換為Bthis指標。
如果你使用虛擬繼承（virtual inheritance），比如虛基類，情況會變得更糟，你可以不必為搞懂這是為什麼太傷腦筋。就舉個例子來說吧，編譯器使用虛擬函式表（virtual function table——“vtable”）來儲存每一個虛擬函式、函式的地址和virtual_delta：將當前的this指標轉換為實際函式需要的this指標時所要增加的位移量。
綜上所述，為了支援一般形式的成員函式指標，你需要至少三條資訊：函式的地址，需要增加到this指標上的delta位移量，和一個虛擬函式表中的索引。對於MSVC來說，你需要第四條資訊：虛擬函式表（vtable）的地址。
成員函式指標的實現
那麼，編譯器是怎樣實現成員函式指標的呢？這裡是對不同的32、64和16位的編譯器，對各種不同的資料型別（有int、void*資料指標、程式碼指標（比如指向靜態函式的指標）、在單一（single-）繼承、多重（multiple-）繼承、虛擬（virtual-）繼承和未知型別（unknown）的繼承下的類的成員函式指標）使用sizeof運算子計算所獲得的資料：
|
編譯器 |
選項 |
int |
DataPtr |
CodePtr |
Single |
Multi |
Virtual |
Unknown |
|
MSVC |
4 |
4 |
4 |
4 |
8 |
12 |
16 |
|
|
MSVC |
/vmg |
4 |
4 |
4 |
16# |
16# |
16# |
16 |
|
MSVC |
/vmg /vmm |
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