|
正如你猜想的，当继承关系中存在虚基类时，强制转化的开销会比较大。具体说来，和访问虚基类成员变量的开销相当。
I* pi;
（G*）pi; // （G*）pi;
（H*）pi; // （H*）（pi pi + dIH : 0）；
（C*）pi; // （C*）（pi （pi+dIGvbptr + （*（pi+dIGvbptr）） ） : 0）；
译者注：pi是指向I对象的指针，G,H是I的基类，C是G,H的虚基类。
强制转化pi为G*时，由于G*和I*的地址相同，不需要计算；
强制转化pi为H*时，只需要考虑一个常量偏移；
强制转化pi为C*时，所作的计算和访问虚基类成员变量的开销相同，首先得到G的虚基类表指针，再从虚基类表的第二项中取出G到虚基类C的偏移量，最后根据pi、虚基类表偏移和虚基类C与虚基类表指针之间的偏移计算出C*.
一般说来，当从派生类中访问虚基类成员时，应该先强制转化派生类指针为虚基类指针，然后一直使用虚基类指针来访问虚基类成员变量。这样做，可以避免每次都要计算虚基类地址的开销。见下例。
/* before: */ … pi->c1 … pi->c1 …
/* faster: */ C* pc = pi; … pc->c1 … pc->c1 …
译者注：前者一直使用派生类指针pi,故每次访问c1都有计算虚基类地址的较大开销；后者先将pi转化为虚基类指针pc,故后续调用可以省去计算虚基类地址的开销。
5 成员函数
一个C++(www.cppentry.com)成员函数只是类范围内的又一个成员。X类每一个非静态的成员函数都会接受一个特殊的隐藏参数--this指针，类型为X* const.该指针在后台初始化为指向成员函数工作于其上的对象。同样，在成员函数体内，成员变量的访问是通过在后台计算与this指针的偏移来进行。
struct P {
int p1;
void pf（）； // new
virtual void pvf（）； // new
};
P有一个非虚成员函数pf（），以及一个虚成员函数pvf（）。很明显，虚成员函数造成对象实例占用更多内存空间，因为虚成员函数需要虚函数表指针。这一点以后还会谈到。这里要特别指出的是，声明非虚成员函数不会造成任何对象实例的内存开销。现在，考虑P::pf（）的定义。
void P::pf（） { // void P::pf（[P *const this]）
++p1; // ++（this->p1）；
}
这里P:pf（）接受了一个隐藏的this指针参数，对于每个成员函数调用，编译器都会自动加上这个参数。同时，注意成员变量访问也许比看起来要代价高昂一些，因为成员变量访问通过this指针进行，在有的继承层次下，this指针需要调整，所以访问的开销可能会比较大。然而，从另一方面来说，编译器通常会把this指针缓存到寄存器中，所以，成员变量访问的代价不会比访问局部变量的效率更差。
译者注：访问局部变量，需要到SP寄存器中得到栈指针，再加上局部变量与栈顶的偏移。在没有虚基类的情况下，如果编译器把this指针缓存到了寄存器中，访问成员变量的过程将与访问局部变量的开销相似。
5.1 覆盖成员函数
和成员变量一样，成员函数也会被继承。与成员变量不同的是，通过在派生类中重新定义基类函数，一个派生类可以覆盖，或者说替换掉基类的函数定义。覆盖是静态（根据成员函数的静态类型在编译时决定）还是动态（通过对象指针在运行时动态决定），依赖于成员函数是否被声明为"虚函数".
Q从P继承了成员变量和成员函数。Q声明了pf（），覆盖了P::pf（）。Q还声明了pvf（），覆盖了P::pvf（）虚函数。Q还声明了新的非虚成员函数qf（），以及新的虚成员函数qvf（）。
struct Q : P {
int q1;
void pf（）； // overrides P::pf
void qf（）； // new
void pvf（）； // overrides P::pvf
virtual void qvf（）； // new
};
对于非虚的成员函数来说，调用哪个成员函数是在编译时，根据"->"操作符左边指针表达式的类型静态决定的。特别地，即使ppq指向Q的实例，ppq->pf（）仍然调用的是P::pf（），因为ppq被声明为"P*".（注意，"->"操作符左边的指针类型决定隐藏的this参数的类型。）
P p; P* pp = &p; Q q; P* ppq = &q; Q* pq = &q;
pp->pf（）； // pp->P::pf（）； // P::pf（pp）；
ppq->pf（）； // ppq->P::pf（）； // P::pf（ppq）；
pq->pf（）； // pq->Q::pf（）； // Q::pf（（P*）pq）； （错误！）
pq->qf（）； // pq->Q::qf（）； // Q::qf（pq）；
译者注：标记"错误"处，P*似应为Q*.因为pf非虚函数，而pq的类型为Q*,故应该调用到Q的pf函数上，从而该函数应该要求一个Q* const类型的this指针。
对于虚函数调用来说，调用哪个成员函数在运行时决定。不管"->"操作符左边的指针表达式的类型如何，调用的虚函数都是由指针实际指向的实例类型所决定。比如，尽管ppq的类型是P*,当ppq指向Q的实例时，调用的仍然是Q::pvf（）。
pp->pvf（）； // pp->P::pvf（）； // P::pvf（pp）；
ppq->pvf（）； // ppq->Q::pvf（）； // Q::pvf（（Q*）ppq）；
pq->pvf（）； // pq->Q::pvf（）； // Q::pvf（（P*）pq）； （错误！）
译者注：标记"错误"处，P*似应为Q*.因为pvf是虚函数，pq本来就是Q*,又指向Q的实例，从哪个方面来看都不应该是P*.
为了实现这种机制，引入了隐藏的vfptr成员变量。一个vfptr被加入到类中（如果类中没有的话），该vfptr指向类的虚函数表（vftable）。类中每个虚函数在该类的虚函数表中都占据一项。每项保存一个对于该类适用的虚函数的地址。因此，调用虚函数的过程如下：取得实例的vfptr;通过vfptr得到虚函数表的一项；通过虚函数表该项的函数地址间接调用虚函数。也就是说，在普通函数调用的参数传递、调用、返回指令开销外，虚函数调用还需要额外的开销。
回头再看看P和Q的内存布局，可以发现，VC++(www.cppentry.com)编译器把隐藏的vfptr成员变量放在P和Q实例的开始处。这就使虚函数的调用能够尽量快一些。实际上，VC++(www.cppentry.com)的实现方式是，保证任何有虚函数的类的第一项永远是vfptr.这就可能要求在实例布局时，在基类前插入新的vfptr,或者要求在多重继承时，虽然在右边，然而有vfptr的基类放到左边没有vfptr的基类的前面。
许多C++(www.cppentry.com)的实现会共享或者重用从基类继承来的vfptr.比如，Q并不会有一个额外的vfptr,指向一个专门存放新的虚函数qvf（）的虚函数表。Qvf项只是简单地追加到P的虚函数表的末尾。如此一来，单继承的代价就不算高昂。一旦一个实例有vfptr了，它就不需要更多的vfptr.新的派生类可以引入更多的虚函数，这些新的虚函数只是简单地在已存在的，"每类一个"的虚函数表的末尾追加新项。
|