為什麼 C 中成員函式指標是 16 位元組？

當我們討論指標時，通常假設它是一種可以用void *指標來表示的東西，在 x86_64 平台下是 8 個位元組大小。例如，下面是來自維基百科中關於 x86_64 的文章的摘錄：

pushes and pops on the stack are always in 8-byte strides, and pointers are 8 bytes wide.

從 cpu 的角度來看，指標無非就是記憶體的位址，所有的記憶體位址在 x86_64 平台下都是由 64 位來表示，所以假設它是 8 個位元組是正確的。通過簡單輸出不同型別指標的長度，這也不難驗證我們所說的。

#include >
int main()

編譯執行上面的程式，從結果中可以看出所有的指標的長度都是 8 個位元組：

$ uname -i
x86_64
$ g++ -wall ./example.cc
$ ./a.out
sizeof(int*)      == 8
sizeof(double*)   == 8
sizeof(void(*)()) == 8

然而在 c++ 中還有一種特例——成員函式的指標。很有意思吧，成員函式指標是其它任何指標長度的兩倍。這可以通過下面簡單的程式來驗證，輸出的結果是「16」：

#include >
struct foo  }; int main()

這是否以為著維基百科上錯了呢？顯然不是！從硬體的角度來看，所有的指標仍然是 8 個位元組。既然如此，那麼成員函式的指標是什麼呢？這是 c++ 語言的特性，這裡成員函式的指標不是直接對映到硬體上的，它由執行時（編譯器）來實現，會帶來一些額外的開銷，通常會導致效能的損失。c++ 語言規範中並沒有提到實現的細節，也沒有解釋這種型別指標。幸運的是，itanium c++ abi 規範中共享了 c++ 執行時實現的細節——舉例來說，它解釋了 virtual table、rtti 和異常是如何實現的，在 §2.3 中也解釋了成員指標：

a pointer to member function is a pair as follows:

ptr:

for a non-virtual function, this field is a ****** function pointer. for a virtual function, it is 1 plus the virtual table offset (in bytes) of the function, represented as a ptrdiff_t. the value zero represents a null pointer, independent of the adjustment field value below.

adj:

the required adjustment to this, represented as a ptrdiff_t.

所以，成員指標是 16 位元組而不是 8 位元組，因為在簡單函式指標的後面還需要儲存怎樣調整「this" 指標（總是隱式地傳遞給非靜態成員函式）的資訊。 abi 規範並沒有說為什麼以及什麼時候需要調整 this 指標。可能一開始並不是很明顯，讓我們先看下面類繼承的例子：

struct a 
char pad0[32]; }; struct b  char pad2[64]; }; struct c : a, b ;

a 和 b 都有乙個非靜態成員函式以及乙個資料成員。這兩個方法可以通過隱式傳遞給它們的「this" 指標來訪問到它們類中的資料成員。為了訪問到任意的資料成員，需要在 "this" 指標上加上乙個偏移，偏移是資料成員到類物件基址的偏移，可以由 ptrdiff_t 來表示。然而事情在多重繼承時將會變得更複雜。我們有乙個類 c 繼承了 a 和 b，將會發生什麼呢？編譯器將 a 和 b 同時放到記憶體中，b 在 a 之下，因此，a 類的方法和 b 類的方法看到的 this 指標的值是不一樣的。這可以通過實踐來簡單驗證，如：

#include struct a 
char pad0[32];
};struct b 
char pad2[64];
};struct c : a, b
;int main()

$ g++ -wall -o test ./test.cc && ./test

a's this: 0x7fff57ddfb48

b's this: 0x7fff57ddfb68

正如你看到的，「this」指標的值傳給 b 的方法要比 a 的方法要大 32 位元組——乙個類 a 物件的實際大小。但是，當我們用下面的函式通過指標來呼叫類 c 的方法時，會發生什麼呢？

void call_by_ptr(const c &obj, void (c::*mem_func)() const)

與呼叫什麼函式有關，不同的 "this" 指標值會被傳遞到這些函式中。但是call_by_ptr函式並不知道它的引數是foo()的指標還是bar()的指標，能知道該資訊的唯一時機是這些方法使用時。這就是為什麼成員函式的指標在呼叫之前需要知道如何調整this指標。現在，我們將所有的放到乙個簡單的程式，闡釋了內部工作的機制：

#include >
struct a  char pad0[32]; }; struct b  char pad2[64]; }; struct c : a, b ; void call_by_ptr(const c &obj, void (c::*mem_func)() const)  int main()

上面的程式輸出如下：

------------------------------
object ptr:    0x7fff535dfb28
function ptr:  0x10c620cac
pointer adj:   0
a's this:    0x7fff535dfb28
------------------------------
object ptr:    0x7fff535dfb28
function ptr:  0x10c620cfe
pointer adj:   0x20
b's this:    0x7fff535dfb48

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靜態成員函式為什麼不能是虛函式

C 為什麼要引入成員函式？

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