C++：虚函数如何解决“this”指针范围问题？

Question

(C++,MinGW 4.4.0,Windows 操作系统)

代码中的所有注释，除了标签 和 ，都是我的猜测。如果您认为我在某处错了，请纠正我：

class A {
public:
   virtual void disp(); //not necessary to define as placeholder in vtable entry will be
                        //overwritten when derived class's vtable entry is prepared after
                        //invoking Base ctor (unless we do new A instead of new B in main() below)
};

class B :public A {
public:
   B() : x(100) {}
   void disp() {std::printf("%d",x);}
   int x;
};

int main() {
   A* aptr=new B;             //memory model and vtable of B (say vtbl_B) is assigned to aptr
   aptr->disp();              //<1> no error
   std::printf("%d",aptr->x); //<2> error -> A knows nothing about x
}

是一个错误并且很明显。为什么 不是错误？我认为此调用发生的情况是：参数中的aptr->disp(); --> (*aptr->*(vtbl_B + offset to disp))(aptr) aptr 是指向成员函数的隐式this 指针。在disp() 内部，我们将有std::printf("%d",x); --> std::printf("%d",aptr->x); SAME AS std::printf("%d",this->x); 那么为什么 没有给出错误而 给出了？

（我知道 vtables 是特定于实现的东西，但我仍然认为值得提出这个问题）

Answer 1

this 与B::disp 内部的aptr 不同。 B::disp 实现将this 作为B*，就像B 的任何其他方法一样。当你通过A*指针调用虚方法时，它首先被转换为B*（它甚至可能改变它的值，所以它在调用过程中不一定等于aptr）。

即真正发生的事情是这样的

typedef void (A::*disp_fn_t)();
disp_fn_t methodPtr = aptr->vtable[index_of_disp]; // methodPtr == &B::disp

B* b = static_cast<B*>(aptr);
(b->*methodPtr)(); // same as b->disp()

对于更复杂的示例，请查看此帖子 http://blogs.msdn.com/b/oldnewthing/archive/2004/02/06/68695.aspx。在这里，如果有多个A 基可以调用相同的B::disp，MSVC 会生成不同的入口点，每个入口点将A* 指针移动不同的偏移量。当然，这是特定于实现的；例如，其他编译器可能会选择将偏移量存储在 vtable 中的某处。

Answer 2

规则是：

在 C++ 中，动态调度仅适用于成员函数，函数不适用于成员变量。

对于成员变量，编译器仅在该特定类或其基类中查找符号名称。

在情况 1 中，要调用的适当方法由 获取vpt，获取适当方法的地址，然后 调用 适当的成员函数。
因此，在静态绑定的情况下，动态调度本质上是fetch-fetch-call，而不是普通的call。

情况2：编译器只在this范围内寻找x，显然找不到，报错。

Answer 3

你很困惑，在我看来你来自更动态的语言。

在 C++ 中，编译和运行时是明确隔离的。程序必须首先编译然后才能运行（这些步骤中的任何一个都可能失败）。

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所以，倒退：

<2> 编译失败，因为编译是关于静态信息的。 aptr 是A* 类型，因此A 的所有方法和属性都可以通过此指针访问。既然你声明了disp() 但没有x，那么对disp() 的调用会编译但没有x。

因此，<2> 的失败与语义有关，而这些是在 C++ 标准中定义的。

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到达<1>，因为A 中有disp() 的声明。这保证了函数的存在（我想说你实际上躺在这里，因为你没有在A 中定义它）。

运行时发生的事情由 C++ 标准在语义上定义，但该标准不提供实施指南。大多数（如果不是全部）C++ 编译器将使用每个类的虚拟表 + 每个实例的虚拟指针策略，您的描述在这种情况下看起来是正确的。

然而，这是纯粹的运行时实现，它运行的事实不会追溯影响程序编译的事实。

Answer 4

virtual void disp(); //not necessary to define as placeholder in vtable entry will be
                     //overwritten when derived class's vtable entry is prepared after
                     //invoking Base ctor (unless we do new A instead of new B in main() below)

您的评论并不完全正确。一个虚函数是odr-used，除非它是纯的（反过来不一定成立），这意味着你必须为它提供一个定义。如果您不想为其提供定义，则必须将其设为纯虚函数。

如果您进行这些修改之一，那么aptr->disp(); 将起作用并调用派生类disp()，因为派生类中的disp()覆盖基类函数。基类函数仍然必须存在，因为您通过指向基的指针调用它。 x 不是基类的成员，因此 aptr->x 不是有效的表达式。