C 物件導向 類的資料成員 繫結 布局和訪問

2021-06-06 14:29:47 字數 4065 閱讀 5529

一、資料成員的繫結(the binding of a data member)

先看一段**:

//某個標頭檔案,從某處含入

extern float x;

class point3d

void x(float new_x)

private:

float x,y,z;

};

現在的問題是:在類的兩個成員函式x中,被返回和設定的x是哪乙個呢?是extern宣告的x還是類的成員變數x呢?

在現在的編譯器中,一般都指的是類中的成員變數x。但是在c++最早的編譯器中則不是這樣做的。因此導致了兩種程式設計風格:

(1)把所有的資料成員放在類的宣告的起始處。

(2)所有的內聯函式都放在類宣告之外。

雖然他們的必要性已經自c++2.0之後消失了,但是這種程式設計風格在今天依然存在。這個古來的語言規則被稱為「member rewriting rule」,意思是「乙個內聯函式實體,在整個類宣告未被完全看見之前,是不會被評估求值的」。c++標準中的效果是:乙個內聯函式在類宣告之後立即被定義的話,依然對他評估求值,但是是在整個類宣告完成之後才開始。

但是對於成員函式的引數列表則不是這樣的。引數列表中的引數還是i會在它們第一次遇到時被決議。例如:

typedef int length;

class point3d

length mumble()

private:

typedef float length;

length _val;

};

兩個函式umber中的length會被決議為int,但是後續出現的length宣告則會使先前的操作不合法。

因此,我們最好把巢狀型別宣告放在類的起始處。

二、資料成員的布局(data member layout)

先看下面乙個類的定義:

class point3d

;

資料成員的布局情況是:

(1)非靜態成員在類物件中的排列順序和宣告順序一致,任何在其中間宣告的靜態成員都不會被放進物件布局中。

(2)靜態資料成員存放在程式的data segment中,和個別類物件無關。

注:data segement(來自維基百科):

是程式的虛位址空間的一部分,包含全域性變數和靜態變數,其大小由程式在執行之前程式設計師所放置的變數決定。

program memory包括三部分:

(1)data segment(data + bss + head)l

(2)stack

(3)code segment

c++標準規定,在同乙個訪問塊即private、public、protected等區段中,成員的排列只需符合較晚出現的成員在類物件中有較高的位址即可。也就是說,並不一定要連續排列

什麼東西可能介於被宣告的成員之間的?由於對齊可能需要填補一些位元組。

編譯器還會合成一些內部使用的資料成員,以支援整個物件模型。比如指向虛函式表的指標vptr。vptr的放置位置由編譯器決定。傳統是放在類的所宣告的成員的最後。

c++標準允許編譯器把多個訪問塊指標的資料成員自由排列,而不必在乎在類宣告中的次序。

當前的眾多編譯器都是把乙個以上的訪問塊連鎖在一起,依照宣告次序形成乙個連續區塊。而且訪問塊的多少不會帶來額外負擔。

例如在乙個訪問塊中宣告4個成員和在4個訪問塊中分別宣告乙個成員得到的物件大小相同。

判斷乙個類中兩個成員誰先誰後可用如下**實現:

templatechar* acess_order(data_type1 class_type::*mem1,

data_type1 class_type::*mem2)

三、資料成員的訪問靜態資料成員每乙個 靜態資料成員只有乙個實體,被各個類物件所共享。它被存放在程式的data segment中,並被視為乙個全域性變數,值在類宣告範圍之內。注意:每一靜態成員的訪問許可(private、protected和public)以及與類的關聯並不會導致任何空間或執行時間上的額外負擔。

每次程式對靜態成員的呼叫,都會被內部轉化為該唯一的實體的直接操作。所以通過指標或物件來呼叫靜態成員,效果完全相同。比如

point3d origin,*pt = &origin;

origin.x = 0.0;

pt ->x = 0;

這也是c++中通過指標和通過物件訪問資料成員結果完全相同的唯一情況。這是因為,靜態資料成員並不在類物件之中,訪問靜態成員不需要通過類物件。通過操作符「.」進行訪問只是語法上的一種便宜行事而已。

如果靜態資料成員是從乙個複雜關係中繼承而來的,那麼程式中也依然只有乙個實體,訪問依然是直接的。

如果取乙個靜態資料成員的位址,會得到乙個指向其資料型別的指標,而不是指向其類成員的指標,因為靜態成員並不在類物件之中。

比如:

#include #include using namespace std;

class point3d

;int main()

程式輸出:

如果有兩個類,都宣告了同乙個靜態成員比如sta_mem,當它們都被放在程式的data segment時,會導致名稱衝突,編譯器會進行解決:暗中對每乙個靜態資料成員編碼以獲得唯一的程式識別**。

class base1

;//const成員在建構函式初始化

const int a;

static int b;

const static int c=9;//const static成員在類內初始化

};class base2

;//const成員在建構函式初始化

const int a;

static int b;

const static int c=9;//const static成員在類內初始化

};int base1::b=9;//static成員在類外初始化,可以修改

int base2::b=10;//static成員在類外初始化,可以修改

int main()

事實上x、y、z的訪問是經由this指標完成的。其函式引數應該是:

void point3d::translate(point3d * const this,const point3d &pt)

每乙個非靜態資料成員的偏移量在編譯時期即可獲得,即便這個成員屬於乙個基類(派生自單一或者多重繼承串鏈)子物件也是一樣的。

因此,訪問乙個非靜態資料成員的效率和訪問乙個c struct成員或者非繼承類的成員是相同的。

下面看看虛擬繼承。虛擬繼承將為經由基類子物件訪問類成員匯入一層新的間接性。比如

point3d *pt1;

point3d pt2;

pt1 ->_x = 0;

pt2._x = 0.1;

從類指標訪問和從類物件訪問有什麼重大差異?

當類point3d是乙個繼承類,在其繼承結構中有乙個虛擬基類,並且被訪問的成員是從該基類繼承未來的時候,就會有大的差異。

因為在這個時候我們不知道pt1到底指向那種類型別,也就不知道這個成員的真正偏移量。所以訪問操作要被延遲至執行期,經由乙個額外的導引,才能解決。

但是用類物件來訪問則不會導致這樣的問題。

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