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；

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；

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;
};

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）；

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）
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；

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[]；

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

（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；

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）：
- 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。

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；
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。

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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