Data 语义学(1)

一、Data Member 的绑定(The binding of Data Member)

extern float x;

class Point3d
{
public:
    Point3d( float, float, float);
    float X() const { return x; }
    void  X( float new_x ) const { x = new_x; }
    // ...
private:
   float x,y,z;          
};

　　请问 Point3d::X()传回哪一个x？是class 内部那个还是外部（extern ）的那个？大家肯定都会说传回 class 内部的那个，这个回答是真正确的。但是在早期的c++中可不一定哦，早期的C++的取用操作会指向 global x object，这出乎大家的意料。那么早期是如何预防这种错误呢？有以下两种办法：

　　(1). 将所有的data member 定义到 class 声明的起始处，以确保正确的绑定，如下：

extern float x;
 
class Point3d
{
    float x,y,z;  
public:
    Point3d( float, float, float);
    float X() const { return x; }
    void  X( float new_x ) const { x = new_x; }
    // ...        
 };

　　(2). 把所有的 inline function，不管大小都放在 class 声明之外，即将 member functions 放在class 类里面声明，放到 class 外面进行定义，这里就不举例！

　　而今天的代码完全不用像上面那样需要进行考虑，因为现在的编译器对 member functions 的分析会直到整个 class 的声明都出现了才开始。因此在一个 inline member function 函数体内的一个 data member 绑定操作，会在整个 class 声明完成之后发生。但是，对于 member function 的 argument list 并不为真哦！请看下面这个例子：

#include <iostream>

using namespace std;

typedef int length;

class A
{
private:
    typedef float length;
    length num;
public:
    void setNum( length _num )
    {
        num = _num;
    }

};

int main()
{
    system("pause");
}

　　这个代码并没有运行结果，可以通过编译！但是编译器会给出一个提醒：

　　　　警告 1 warning C4244: “=”: 从“length”转换到“A::length”，可能丢失数据 

　　这是为什么呢？因为你的成员变量 num 定义的是 float 型，而你的 setNum() 的参数 _num 是 int 型！咋进行赋值时会进行强制转化，这样编译器会给出如上的警告。由此可说明：对于 member function 的 argument list 并不是取用 class 的 typedef 的 length 而是 全局变量 length，所以在写这样的代码要小心了哦。如果你想要 argment list 的也是用 clas 内的 length ，就把内嵌的 typedef 定义放到他要被用到的地方的前面即可咯！

二、Data Member 的布局(Data Member Layout) 

　　nonstatic data members 在 class object 中排列的顺序将和其被声明的顺序一致，任何的static data members都不会被放到对象布局之中。而是存放在程序的 数据段（data segment）而与个别的 class 无关。C++的标准是要求在同一个访问级别（也就是 public、private、protected）中，members 的排列只需符合“较晚出现的 members 在 class object 中具有较高地址“，并没要求他们是连续排列的。那么什么东西会被介于被声明的 members 之间呢？

　　a. members 的边界调整(alignment) 可能就需要填补一些 bytes. 这样就会隔开两个相连的member啦。

　　b. 编译器可能会合成一些内部使用的 data members 以支持整个对象模型。vptr 就是这一类东西，虽然没规定它放在哪个位置。但是一般 vptr 会被放在 class object 的声明的 members 的最后，不过也有编译器会把 vptr 放在 class object 的最前端---不太可能会插到 members 之间啦。

三、Data Member 的存取

　　(1). static data members

　　我们之前的博文说道不管是没有 class object 、有一个class object 或者 n 个object 这个类的 static data members 都已经存在于程序的 data segment 中了（前提是你得定义了这些 static data members 哈），并且只有一份！大家知道 static data members 可以通过class 的 "::"访问，也可以通过 class object 的"."访问，其实别看他和其他nonstatic 成员一样 通过"."访问，其实它根本不像 nonstatic data members 一样存储在 class object 中啦。这样只是为了方便操作，其实通过"::"访问才是原汁原味的！！！

　　既然 static data member 都是一份实体存在 程序的 datasegment 中，那么如果一个程序中的两个类有了同样名字的 static data member 就会导致名称冲突，怎么办？不要怕，编译器会对每个 static data member 进行编码（这种手法叫做：name-mangling），以获得一个独一无二的程序识别代码。当然，每个编译器的 name-mangling 做法都不一样，但无论怎么样他们要做的莫非一下两点：

　　a. 一种算法，推导出独一无二的名称。

　　b. 万一预编译系统（或编译工具）必须和使用者交谈，那些独一无二的名称就可以轻易的被推到回到原来的名称。(比如报错，提示说你这个 static data member 哪里错误，在给出名字的时候当然是用程序员的命的名称而不是编码后的名称！)

　　(2). nonstatic data members

　　nonstatic data members 的大小被存放在一个 class object中，并通过 "." 访问。看下面这个例子：

 

#include <iostream>

using namespace std;

typedef int length;

class A
{
public:
    virtual void foo(){};
    int num1,num2,num3;
};

int main()
{
    A a;
    A *pa = &a ;
    printf(" &A::num2 = %p\n",&A::num2);
    cout << &a << endl;
    cout << &a.num2 << endl;
    cout << &(pa->num2) << endl;
    return 0;
}

 

　　以下是输出结果：

　　

　　我来解释一下：第一行是data member num2 在class 中的偏移量。第二行是 class A 在内存中的真实地址，第三行和第四行都是num2在内存中的真实地址。

　　大家发现图中的：0012FF40( num2 的地址 ) = 0012FF38( a 的首地址) + 00000008( num2 在 class A 中的偏移量); 没？

　　所以你不管是通过 class object 的 "." 访问或者通过class pointer 的 "->" 访问nonstatic data member，编译器都是通过：class object 的首地址 + 该 data member 在class 中的 offset (偏移量)。注意：在通过 class pointer ( 类指针)访问 nonstatic data member的时候，如果该 nonstatic data member 是 virtual base classs 的 data member ，那情况会有所不同哦！不过不用担心---虚继承总是不同于其他情况（具体请看 Data 语义学(2) 中对各种情况的介绍），我们多多注意就行了！