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C++如何处理内联虚函数

时间:2015/5/19 21:34:15 作者:平凡之路 来源:xuhantao.com 浏览:

当一个函数是内联和虚函数时,会发生代码替换或使用虚表调用吗? 为了弄 清楚内联和虚函数,让我们将它们分开来考虑。通常,一个内联函数是被展开的 。

class CFoo {
    private:
      int val;
    public:
      int GetVal() { return val; }
      int SetVal(int v) { return val=v; }
    };

这里,如果使用下列代码:

CFoo x;
x.SetVal(17);
int y = x.GetVal();

那么编译器产生的目标代码将与下面的代码段一样:

CFoo x;
x.val = 17;
int y = x.val;

你当然不能这么做,因为val是个私有变量。内联函数的优点是不用函数调用 就能隐藏数据,仅此而已。

虚函数有多态性,意味着派生的类能实现相同的函数,但功能却不同。假设 GetVal 被声明为虚函数,并且你有第二个 以不同方法实现的类 CFoo2:

class CFoo2 : public CFoo {
    public:
    // virtual in base class too!
    virtual int CFoo2::GetVal() {return someOtherVal;}
    };

如果 pFoo是一个 CFoo 或 CFoo2 指针,那么,无论 pFoo 指向哪个类 CFoo 或 CFoo2,成员函数 pFoo->GetVal 都能调用成功。

如果一个函数既是虚拟函数,又是内联函数,会是什么情况呢?记住,有两 种方式建立内联函数,

第一种是在函数定义中使用关键字 inline,如:

inline CFoo::GetVal() { return val; }

第二种是在类的声明中编写函数体 ,就象前面的 CFoo2::GetVal 一样。所以如果将虚函数体包含在类的声明中, 如:

class CFoo {
    public:
    virtual int GetVal() { return val; }
    };

编译器便认为这个函数 GetVal 是内联的,同时也是虚拟 的。那么,多态性和内联特性如何同时工作呢?

编译器遵循的第一个规则是无论发生什么事情,多态性必须起作用。如果有 一个指向 CFoo 对象的指针,pFoo->GetVal 被保证去调用正确的函数。一般 情况下,这就是说函数 GetVal 将被实例化为非内联函数,并有vtable(虚表) 入口指向它们。但这并不意味着这个函数不能被扩展!再看看下面的代码:

CFoo x;
x.SetVal(17)
int y = x.GetVal()

编译器知道x是 CFoo,而不是CFoo2,因为这个堆对象是被显式声明的。x肯定 不会是CFoo2。所以展开 SetVal/GetVal 内联是安全的。如果要写更多的复杂代 码:

CFoo x;
  CFoo* pfoo=&x;
  pfoo->SetVal(17);
  int y = pfoo->GetVal();
  ...
  CFoo2 x2;
  pfoo = &x2;
  pfoo->SetVal(17); //etc.

编译器知道 pfoo 第一次指向x, 第二次指向x2,所以展开虚拟函数也是安全的。

你还可以编写更复杂的代码,其中,pfoo 所指的对象类型总是透明的,但是 大多数编译器不会做任何更多的分析。即使在前面的例子中,某些编译器将会安 全运行,实例化并通过一个虚表来调用。实际上,编译器总是忽略内联需要并总 是使用虚表。唯一绝对的规则是代码必须工作;也就是说,虚函数必须有多态行 为。

通常,无论是显式还是隐式内联,它只是一个提示而已,并非是必须的,就 象寄存器一样。编译器完全能拒绝展开一个非虚内联函数,C++编译器常常首先 会报错:“内联中断-函数太大”。如果内联函数调用自身,或者你 在某处传递其地址,编译器必须产生一个正常(外联?)函数。内联函数在 DEBUG BUILDS中不被展开,可设置编译选项来预防。

要想知道编译器正在做什么,唯一的方法是看它产生的代码。对于微软的编 译器来说,你可以用-FA编译选项产生汇编清单。你不必知道汇编程序如何做。 我鼓励你完成这个实验;这对于了解机器实际所做的事情机器有益,同时你可学 习许多汇编列表中的内容。

有关内联函数的东西比你第一次接触它时要复杂得多。有许多种情况强迫编 译器产生正常函数:递归,获取函数地址,太大的那些函数和虚函数。但是如果 编译器决定实例化你的内联函数,就要考虑把函数放在什么地方?它进入哪个模 块?

通常类在头文件中声明,所以如果某个cpp包含foo.h,并且编译器决定实例 化CFoo::GetVal,则在cpp文件中将它实例化成一个静态函数。如果十个模块包 含foo.h,编译器产生的虚函数拷贝就有十个。实际上,可以用虚表指向不同类 型的GetVal拷贝,从而是相同类型的对象只产生拷贝。一些链接器能巧妙地在链 接时排除冗余,但一般你是不能指望他来保证的。

我们得出的结论是:最好不要使用内联虚函数,因为它们几乎不会被展开, 即便你的函数只有一行,你最好还是将它与其它的类函数一起放在模块(cpp文 件)中。当然,开发者常常将简短的虚函数放在类声明中-不是因为他们希望这 个函数被展开为内联,而是因为这样做更方便和可读性更强。

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