C++标准编程：虚函数与内联
发布时间：2011-5-1 20:09
发布者：1046235000
|
曾经在讨论C++的时候，经常会问到：“虚函数能被声明为内联吗?”现在，我们几乎听不到这个问题了。现在听到的是：“你不应该使print成为内联的。声明一个虚函数为内联是错误的!” 这种说法的两个主要的原因是(1)虚函数是在运行期决议而内联是一个编译期动作，所以，我们将虚函数声明为内联并得不到什么效果;(2)声明一个虚函数为内联导致了函数的多分拷贝，而且我们为一个不应该在任何时候内联的函数白白花费了存储空间。这样做很没脑子。 不过，事实并不是这样。我们先来看看第一个：许多情况下，虚拟函数都被静态地决议了——比如在派生类虚拟函数中调用基类的虚拟函数的时候。为什么这样做呢?封装。一个比较明显的例子就是派生类析构函数调用链。所有的虚析构函数，除了最初触发这个析构链的虚析构函数，都被静态的决议了。如果不将基类的虚析构函数内联，我们无法从中获利[a]。这和不内联一个虚拟析构函数有什么不同吗?如果继承体系层次比较深并且有许多这样的类的实例要被销毁的话，答案是肯定的。 再来看另外一个不用析构函数的例子，想象一下设计一个图书馆类。我们将MaterialLocation作为抽象类LibraryMaterial的一个成员。将它的print成员函数声明为一个纯虚函数，并且提供函数定义：它输出MaterialLocation。 class LibraryMaterial { private: MaterialLocation _loc; // shared data // ... public: // declares pure virtual function inline virtual void print( ostream& = cout ) = 0; }; // we actually want to encapsulate the handling of the // location of the material within a base class // LibraryMaterial print() method - we just don’t want it // invoked through the virtual interface. That is, it is // only to be invoked within a derived class print() method inline void LibraryMaterial:: print( ostream &os ) { os << _loc; } 接着，我们引入一个Book类，它的print函数输出Title, Author等等。在这之前，它调用基类的print函数(LibraryMaterial::print())来显示书本位置(MaterialLocation)。如下： inline void Book:: print( ostream &os ) { // ok, this is resolved statically, // and therefore is inline expanded ... LibraryMaterial::print(); os << "title:" << _title << "author" << _author << endl; } AudioBook类，派生于Book类，并加入附加信息，比如旁述，音频格式等等。这些东西都用它的print函数输出。再这之前，我们需要调用Book::print()来显示前面的信息。 inline void AudioBook:: print( ostream &os ) { // ok, this is resolved statically, // and therefore is inline expanded ... Book::print(); os << "narrator:" << _narrator << endl; } 这和虚析构函数调用链的例子一样，都只是最初调用的虚函数没有被静态决议，其它的都被原地展开。This unnamed hierarchical design pattern is significantly less effective if we never declare a virtual function to be inline. 那么对于第二个原因中代码膨胀的问题呢?我们来分析一下，如果我们写下： LibraryMaterial *p = new AudioBook( "Mason & Dixon", "Thomas Pynchon", "Johnny Depp" ); // ... p->print(); 这个print实例是内联的吗?不，当然不是。这样不得不通过虚拟机制在运行期决议。这让print实例放弃了对它的内联声明了吗?也不是。这个调用转换为下面的形式(伪代码)： // Pseudo C++ Code // Possible transformation of p->print() ( *p->_vptr[ 2 ] )( p ); where 2 represents the location of print within the associated virtual function table.因为调用print是通过函数指针_vptr[2]进行的，所以，编译器不能静态的决定这个调用地址，并且，这个函数也不能内联。 当然，虚函数print的内联实体(definition)也必须在某个地方表现出来。 即是说，至少有一个函数实体是在virtual table调用的地址原地展开的。编译器是如何决定在何时展开这个函数实体呢?其中一个编译(implementaion)策略是当virtual table生成的同时，生成这个函数实体。这就是说对于每一个派生类的virtual table都会生成一个函数实体。 在一个可应用的类中有多少vitrual table会被生成呢?呵呵，这是一个好问题。C++标准中对虚函数行为进行了规定，但是没有对函数实现进行规定。由于virtual table没有在C++标准中进行规定，很明显，究竟这个virtual table怎样生成，和究竟要生成多少个vitrual table也没有规定。多少个?当然，我们只要一个。Stroustrup的cfront编译器，很巧妙的处理了这些情况.( Stan and Andy Koenig described the algorithm in the March 1990 C++ Report article, "Optimizing Virtual Tables in C++ Release 2.0.") Moreover, the C++ Standard now requires that inline functions behave as though only one definition for an inline function exists in the program even though the function may be defined in different files。新的规则要求编译器只展开一个内联虚函数。如果一点被广泛采用的话，虚函数的内联导致的代码膨胀问题就会消失。 [译注：C++ Standard: 9.3.8, Member function of local class shall be defined inline in their class defination, if they are defined at all] ============================ 译注： [a]函数调用开销，调用基类虚函数的时候至少要经过两次间接过程(S. B.Lippman: 《Inside the C++ Object Model》) 一个产品类(?) 总结： 就是虚函数inline在调用链等地方很有用~ 即使没有加入inline声明，作为一个好编译器，都会优化(虚析构函数) 在很长的函数调用链中，最好将链中基类的函数inline，这样节约开销 至于在什么地方inline，由编译器决定，因为C++标准没有规定 新C++标准(可能没有通过)中，规定了，inline化只对产品类有效，且只动作一次 保证代码不过度膨胀 inline动作是在产品类实例化同时，和vtable生成一起。 |
网友评论