淺談C++指標直接呼叫類成員函式

發表於2016-12-31

在程式設計工作中常會遇到在一個“類”中通過函式指標呼叫成員函式的要求,如,當在一個類中使用了C++標準庫中的排序函式qsort時,因qsort引數需要一個“比較函式”指標,如果這個“類”使用某個成員函式作“比較函式”,就需要將這個成員函式的指標傳給qsort供其呼叫。本文所討論的用指標呼叫 “類”的成員函式包括以下三種情況:

(1).將 “類”的成員函式指標賦予同型別非成員函式指標,如:

例子1

(2) 在一個“類”內,有標準庫函式,如qsort, 或其他全域性函式,用函式指標呼叫類的成員函式。如:

例子2:

(3)同一個“類”內,一個成員函式呼叫另一個成員函式, 如:

例子3:

以上三種情況的程式碼語法上沒有顯著的錯誤,在一些較早的編譯環境中,如,VC++ 4.0, 通常可以編譯通過,或至多給出問題提醒(Warning)。後來的編譯工具,如,VC++6.0和其他一些常用的C++編譯軟體,不能通過以上程式碼的編譯, 並指出錯誤如下(以第三種情況用VC++ 6.0編譯為例):

error C2664: ‘Memberfun1’ : cannot convert parameter 1 from ‘void (void)’ to ‘void (__cdecl *)(void)’

None of the functions with this name in scope match the target type

即:Memberfun1引數中所呼叫的函式型別不對。

按照以上提示,僅通過改變函式的型別無法消除錯誤,但是,如果單將這幾個函式從類的定義中拿出來,不作任何改變就可以消除錯誤通過編譯, 仍以第三種情況為例,以下程式碼可通過編譯:

第1、 2種情況和第3種情況完全相同。

由此可以的得出結論,以上三種情況編譯不能通過的原因表面上並不在於函式型別呼叫不對,而是與 “類”有關。沒通過編譯的情況是用函式指標呼叫了 “類”的成員函式,通過編譯的是用函式指標呼叫了非成員函式,而函式的型別完全相同。那麼, “類”的成員函式指標和非成員函式指標有什麼不同嗎?

在下面的程式中,用sizeof()函式可以檢視各種“類”的成員函式指標和非成員函式指標的長度(size)並輸出到螢幕上。

輸出結果為(VC++6.0編譯,執行於Win98作業系統,其他作業系統可能有所不同):

一般非成員函式指標長度= 4

-類的成員函式指標長度-

Test3類成員函式指標長度=4

Test5類成員函式指標長度=8

Test4類成員函式指標長度=12

Test類成員函式指標長度=16

以上結果表明,在32位Win98作業系統中,一般函式指標的長度為4個位元組(32位),而類的成員函式指標的長度隨類的定義與否、類的繼承種類和關係而變,從無繼承關係類(Test3)的4位元組(32位)到有虛繼承關係類(Virtual Inheritance)(Test4)的12位元組(96位),僅有說明(declaration)沒有定義的類(Test)因為與其有關的一些資訊不明確成員函式指標最長為16位元組(128位)。顯然, 與一般函式指標不同,指向“類”的成員函式的指標不僅包含成員函式地址的資訊,而且包含與類的屬性有關的資訊,因此,一般函式指標和類的成員函式指標是根本不同的兩種型別,當然,也就不能用一般函式指標直接呼叫類的成員函式,這就是為什麼本文開始提到的三種情況編譯出錯的原因。儘管使用較早版本的編譯軟體編譯仍然可以通過,但這會給程式留下嚴重的隱患。

至於為什麼同樣是指向類的成員函式的指標,其長度竟然不同,從32位到128位,差別很大,由於沒有看到微軟官方的資料只能推測VC++6.0在編譯時對類的成員函式指標進行了優化,以儘量縮短指標長度,畢竟使用128位或96位指標在32位作業系統上對程式效能會有影響。但是,無論如何優化,類的成員函式指標包含一定量的物件(Objects)資訊是確定的。其他的作業系統和編譯軟體是否進行了類似的處理,讀者可以用以上程式自己驗證。

那麼,當需要時,如何用指標呼叫類的成員函式?可以考慮以下方法:

(1) 將需要呼叫的成員函式設為static 型別,如:在前述例子2中,將class Test2 成員函式Compare 定義前加上static 如下(黑體為改變之處):

改變後的程式碼編譯順利通過。原因是,static 型別的成員函式與類是分開的,其函式指標也不包含物件資訊,與一般函式指標一致。這種方法雖然簡便,但有兩個缺點:1、被呼叫的函式成員定義內不能出現任何類的成員(包括變數和函式);2、由於使用了static 成員,類在被繼承時受到了限制。

(2) 使用一個函式引數含有物件資訊的static 型別的成員函式為中轉間接地呼叫其他成員函式,以例3為例,將類Test3作如下修改(黑體字為修改之處),main()函式不變,則可順利通過編譯:

這種間接方式對成員函式沒有任何限制,克服了第一種方法成員函式不能使用任何類的成員的缺點,但由於有static 成員,類的繼承仍受到制約。

(3)使用一個全程函式(global function)為中轉間接呼叫類的成員函式,仍以例3為例,將程式碼作如下修改(VC++6.0編譯通過):

這個方法對成員函式沒有任何要求,但是需要較多的程式碼。

除上述三種方法外還有其他方法,如, 可以在彙編層面上修改程式碼解決上述問題等,不屬於本文範圍。

結論:函式指標不能直接呼叫類的成員函式,需採取間接的方法,原因是成員函式指標與一般函式指標有根本的不同,成員函式指標除包含地址資訊外,同時攜帶其所屬物件資訊。本文提供三種辦法用於間接呼叫成員函式。這三種辦法各有優缺點,適用於不同的場合。

希望通過以上內容的介紹,能夠給大家帶來幫助。

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