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C++面向对象编程（下）-创新互联

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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  • 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；
        在这里插入图片描述
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：
      • B是A的子类，C是B的子类；
    • 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；
        在这里插入图片描述
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；
      在这里插入图片描述
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）
      在这里插入图片描述
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;
};
  • 常量成员函数顾名思义：
    • 只能定义在成员函数身上，全局函数不行；
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）；
    在这里插入图片描述
3. const member functions 和 non-const member functions 的特殊规则

  • 一个 member function 如果同时存在 const 和 non-const 版本：

    • 明确了调用函数的对象是 const object，还是 non-const object；
    • 主要是明确了调用 const member functions 的对象（因为一般情况下，non-const object也可以调用const member functions，上面表的第一行）
      在这里插入图片描述

  • 标准库（string）的成员函数示范：

    • operator[] 函数同时存在 const 和 non-const 版本；
    • 常量成员函数的const是函数签名的一部分，所以可以进行函数重载；
    • 根据特殊规则：
      • 调用 const member functions 的对象，一定是const object；
      • 调用 non-const member functions 的对象，一定是non-const object；
        在这里插入图片描述
13. 重载operator new、delete、 new[]、delete[] 1. 知识回顾

  • new过程（分三步）：

    • 先使用operator new分配空间，底层使用malloc函数；
    • 进行指针类型转换；
    • 再调用构造函数：对于带有指针的类，通过构造函数，分配指针指向的数据；

  • delete过程（分两步）：

    • 先调用析构函数：对于带有指针的类，通过析构函数，释放指针指向的数据；
    • 再使用operator delete释放分配的空间，底层使用free函数。

  • 在new和delete的过程中，new和delete本身是不能重载的，但new和delete中operator new和operator delete操作是可以重载的：

    • operator new和operator delete的调用顺序：
      • 先找类中的重载版本；
      • 再找全局版本。
2. 重载 ::operator new、new[] 和 ::operator delete、delete[]
  • 一般不重载全局operator new、delete、new[]、delete[]；
    在这里插入图片描述
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；
    在这里插入图片描述
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[]；
    在这里插入图片描述
5. operator new、delete、 new[]、delete[] 使用示范 1. member operator new、delete、 new[]、delete[]重载写法

  • （仅仅增加打印信息）

  • 重载函数：

    • operator new；
    • operator delete；
    • operator new[]；
    • operator delete[]；

  • global 与member operator new、delete、 new[]、delete[]相关函数的调用顺序：

    • // 优先调用member version，如果没有member version，就调用global version；
Foo* pf = new Foo;
delete pf;
    • // 强制调用global version；
Foo* pf = ::new Foo;
::delete pf;

在这里插入图片描述

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
Foo* p = new Foo(7);	// 这个参数是构造函数的参数
delete p;

      • 分配一个对象的大小空间（这个例子 == 12）；

      • 注意点：

        • operator new的第一个参数是编译器自动传递的；
        • 下图左边①中后面的Foo(7)是Foo的构造函数，不要和new的参数混淆了；

    • 调用 operator new[] 和 delete[]：

      • // 调用 operator new[] 和 delete[]
Foo* pArray = new Foo[5];
delete pArray[];

      • 分配5个对象的大小空间 == 12*5 + 4 == 64；【调用operator new[] 时，会有一个额外整型用于记录数组的大小，整型4个字节，面向对象part one中有讲过】

    • 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；
      在这里插入图片描述
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；
    在这里插入图片描述
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）：

    • 即第一个参数之后的参数，个数、类型要有区别；

  • 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：
      • operator new；
      • 转型；
      • 构造函数；
    • 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。
      在这里插入图片描述
4. member operator new(…)、delete(…)重载书写和使用

  • member operator new()：

    • (1) ~ (4) 不同版本的 placement new；
    • (5)：故意写错第一参数的 placement new 不合法版本；编译器会报错，要求第一个参数类型是 size_t；
      在这里插入图片描述

  • member operator delete()：

    • (1) ~ (4) 的 placement delete 对应上一页不同版本的 placement new；
    • 【上一页在构造函数中故意抛出异常；】
    • 右边⑤：构造函数失败（抛出异常），是否会调用对应的 placement delete，取决于编译器；
    • 最下面的方框：
      • 没有定义对应 operator new(…) 版本的 operator delete(…)，也不会报错；
      • 这意味着放弃构造函数抛出的异常。
        在这里插入图片描述
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。
      在这里插入图片描述

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网页标题：C++面向对象编程（下）-创新互联
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