static, const, inline, virtual function 辨析

static 是c++中很常用的修飾符，它被用來控制變數的儲存方式和可見度，下面我將從 static 修飾符的產生原因、作用談起，全面分析static 修飾符的實質。

static 的兩大作用:

一、控制儲存方式：

　　 static被引入以告知編譯器，將變數儲存在程式的靜態儲存區而非棧上空間。

　　 1、引出原因：函數內部定義的變數，在程式執行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，大家知道，函數在棧上分配的空間在此函數執行結束時會釋放掉，這樣就產生了一個問題: 如果想將函數中此變數的值儲存至下一次調用時，如何?？
最容易想到的方法是定義一個全域的變數，但定義為一個全域變數有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變數的存取範圍（使得在此函數中定義的變數，不僅僅受此函數控制）。

　　 2、 解決方案：因此c++ 中引入了static，用它來修飾變數，它能夠指示編譯器將此變數在程式的靜態儲存區配置空間儲存，這樣即實現了目的，又使得此變數的存取範圍不變。

二、控制可見度與連線類型 :

　　 static還有一個作用，它會把變數的可見範圍限制在編譯單元中，使它成為一個內部串連，這時，它的反義詞為”extern”.

　　 static作用分析總結：static總是使得變數或對象的儲存形式變成靜態儲存，串連方式變成內部串連，對於局部變數（已經是內部串連了），它僅改變其儲存方式；對於全域變數（已經是靜態儲存了），它僅改變其連線類型。

類中的static成員：

一、出現原因及作用：

　　 1、需要在一個類的各個對象間互動，即需要一個資料對象為整個類而非某個物件服務。

　　 2、同時又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內部，對外不可見。

　　 類的static成員滿足了上述的要求，因為它具有如下特徵：有獨立的儲存區，屬於整個類。

二、注意：

　　 1、對於靜態資料成員，連接器會保證它擁有一個單一的外部定義。待用資料成員按定義出現的先後順序依次初始化，注意靜態成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。

　　 2、類的靜態成員函數是屬於整個類而非類的對象，所以它沒有this指標，這就導致了它僅能訪問類的待用資料和靜態成員函數。

const 是c++中常用的類型修飾符，但我在工作中發現，許多人使用它僅僅是想當然爾，這樣,有時也會用對，但在某些微妙的場合，可就沒那麼幸運了，究其實質原由，大多因為沒有搞清本源。故在本篇中我將對const進行辨析。溯其本源，究其實質，希望能對大家理解const有所協助，根據思維的承接關係，分為如下幾個部分進行闡述。

c++中為什麼會引入const

　　 c++的提出者當初是基於什麼樣的目的引入（或者說保留）const關鍵字呢？，這是一個有趣又有益的話題，對理解const很有協助。

1． 大家知道，c++有一個類型嚴格的編譯系統，這使得c++程式的錯誤在編譯階段即可發現許多，從而使得出錯率大為減少，因此，也成為了c++與c相比，有著突出優點的一個方面。

2． c中很常見的預先處理指令 #define variablename variablevalue 可以很方便地進行值替代，這種值替代至少在三個方面優點突出：

　　 一是避免了意義模糊的數字出現，使得程式語義流暢清晰，如下例：
　　 #define user_num_max 107 這樣就避免了直接使用107帶來的困惑。

　　 二是可以很方便地進行參數的調整與修改，如上例，當人數由107變為201時，進改動此處即可，

　　 三是提高了程式的執行效率，由於使用了先行編譯器進行值替代，並不需要為這些常量分配儲存空間，所以執行的效率較高。

　　 鑒於以上的優點，這種預定義指令的使用在程式中隨處可見。

3． 說到這裡，大家可能會迷惑上述的1點、2點與const有什麼關係呢?,好，請接著向下

看來：

　　 預先處理語句雖然有以上的許多優點，但它有個比較致命的缺點，即，預先處理語句僅僅只是簡單值替代，缺乏類型的檢測機制。這樣預先處理語句就不能享受c++嚴格類型檢查的好處，從而可能成為引發一系列錯誤的隱患。

4．好了，第一階段結論出來了：
結論： const 推出的初始目的，正是為了取代先行編譯指令，消除它的缺點，同時繼承它的優點。

現在它的形式變成了：

const datatype variablename = variablevalue ;

為什麼const能很好地取代預定義語句？
const 到底有什麼大神通，使它可以振臂一揮取代預定義語句呢？

1． 首先，以const 修飾的常量值，具有不可變性，這是它能取代預定義語句的基礎。

2． 第二，很明顯，它也同樣可以避免意義模糊的數字出現，同樣可以很方便地進行參數的調整和修改。

3． 第三，c++的編譯器通常不為普通const常量分配儲存空間，而是將它們儲存在符號表中，這使得它成為一個編譯期間的常量，沒有了儲存與讀記憶體的操作，使得它的效率也很高，同時，這也是它取代預定義語句的重要基礎。這裡，我要提一下，為什麼說這一點是也是它能取代預定義語句的基礎，這是因為，編譯器不會去讀儲存的內容，如果編譯器為const分配了儲存空間，它就不能夠成為一個編譯期間的常量了。

4． 最後，const定義也像一個普通的變數定義一樣，它會由編譯器對它進行類型的檢測，消除了預定義語句的隱患。

const 使用方式分類詳析

1.const 用於指標的兩種情況分析：
　 const int *a; 　//a可變，*a不可變 這種寫法存在也正確: int const *a;
　 int *const a; 　//a不可變，*a可變

　　 分析：const 是一個左結合的類型修飾符，它與其左側的類型修飾符和為一個類型修飾符，所以，int const 限定 *a,不限定a。int *const 限定a,不限定*a。

2. 傳遞與傳回值

(1)const 限定函數的傳遞值參數：

　 void fun(const int var);

　 分析：上述寫法限定參數在函數體中不可被改變。由值傳遞的特點可知，var在函數體中的改變不會影響到函數外部。所以，此限定與函數的使用者無關，僅與函數的編寫者有關。
結論：最好在函數的內部進行限定，對外部調用者屏蔽，以免引起困惑。如可改寫如下：

void fun(int var){
const int & varalias = var;

varalias ....

.....

}

(2).const 限定函數的值型傳回值：

const int fun1();

const myclass fun2();

　 分析:上述寫法限定函數的傳回值不可被更新，當函數返回內部的類型時（如fun1），已經是一個常量值，當然不可被賦值更新(即作為左值)，所以，此時const無意義，最好去掉，以免困惑。
     當函數返回自訂的類型時（如fun2），這個類型仍然包含可以被賦值的變數成員，const表明它就不能作為左值, 即不能被賦值,不能修改.所以，此時有意義。

如果不加const:    myclass fun2();
那麼很可能就可以這樣寫：  fun2() = obj;//雖然很醜陋，但是的確可以編譯通過

3. 傳遞與返回地址(指標或引用)： 此種情況最為常見，由地址變數的特點可知，適當使用const，意義昭然。

(1)const 限定函數的傳遞指標或引用參數：

　 void fun(const int *pvar); 
      void fun(const int &rval);

　 分析：上述寫法傳遞的為地址，因此函數內很可能改變參數指向的變數，使用const可有效限定參數在函數體中不可被改變。
結論：除的確需要在函數內改變指標參數指向的變數，一般以地址傳遞的參數加上const是不錯的風格.

(2).const 限定函數的值型傳回值：

const int * fun1();
const int &fun1();
//不加const, fun1()可以作為左值而被賦值改變

const myclass *fun2();
const myclass &fun2();

　 分析: 一般情況使用引用作為傳回型別需要注意：

格式：類型標識符 &函數名（形參列表及類型說明）{ //函數體 }

好處：在記憶體中不產生被傳回值的副本；（注意：正是因為這點原因，所以返回一個局部變數的引用是不可取的。因為隨著該局部變數生存期的結束，相應的引用也會失效，產生runtime error!

注意事項：

（1）不能返回局部變數的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。主要原因是局部變數會在函數返回後被銷毀，因此被返回的引用就成為了"無所指"的引用，程式會進入未知狀態。

（2）不能返回函數內部new分配的記憶體的引用。這條可以參照Effective C++[1]的Item 31。雖然不存在局部變數的被動銷毀問題，可對於這種情況（返回函數內部new分配記憶體的引用），又面臨其它尷尬局面。例如，被函數返回的引用只是作為一個臨時變數出現，而沒有被賦予一個實際的變數，那麼這個引用所指向的空間（由new分配）就無法釋放，造成memory leak。

（3）可以返回類成員的引用，但最好是const。這條原則可以參照Effective C++[1]的Item 30。主要原因是當對象的屬性是與某種商務規則（business rule）相關聯的時候，其賦值常常與某些其它屬性或者對象的狀態有關，因此有必要將賦值操作封裝在一個商務規則當中。如果其它對象可以獲得該屬性的非常量引用（或指標），那麼對該屬性的單純賦值就會破壞商務規則的完整性。

（4）流操作符重載傳回值申明為“引用”的作用：

流操作符<<和>>，這兩個操作符常常希望被連續使用，例如：cout << "hello" << endl;　因此這兩個操作符的傳回值應該是一個仍然支援這兩個操作符的流引用。可選的其它方案包括：返回一個流對象和返回一個流對象指標。但是對於返回一個流對象，程式必須重新（拷貝）構造一個新的流對象，也就是說，連續的兩個<<操作符實際上是針對不同對象的！這無法讓人接受。對於返回一個流指標則不能連續使用<<操作符。因此，返回一個流對象引用是惟一選擇。這個唯一選擇很關鍵，它說明了引用的重要性以及無可替代性，也許這就是C++語言中引入引用這個概念的原因吧。賦值操作符=。這個操作符象流操作符一樣，是可以連續使用的，例如：x = j = 10;或者(x=10)=100;賦值操作符的傳回值必須是一個左值，以便可以被繼續賦值。因此引用成了這個操作符的惟一傳回值選擇。

例3

＃i nclude <iostream.h>
int &put(int n);
int vals[10];
int error=-1;
void main()
{
put(0)=10; //以put(0)函數值作為左值，等價於vals[0]=10;
put(9)=20; //以put(9)函數值作為左值，等價於vals[9]=20;
cout<<vals[0];
cout<<vals[9];
}
int &put(int n)
{
if (n>=0 && n<=9 ) return vals[n];
else { cout<<"subscript error"; return error; }
}

（5）在另外的一些操作符中，卻千萬不能返回引用：+-*/ 四則運算子。它們不能返回引用，Effective C++[1]的Item23詳細的討論了這個問題。主要原因是這四個操作符沒有side effect，因此，它們必須構造一個對象作為傳回值，可選的方案包括：返回一個對象、返回一個局部變數的引用，返回一個new分配的對象的引用、返回一個靜態對象引用。根據前面提到的引用作為傳回值的三個規則，第2、3兩個方案都被否決了。靜態對象的引用又因為((a+b) == (c+d))會永遠為true而導致錯誤。所以可選的只剩下返回一個對象了。

5.　const 限定類的成員函數：

class classname {

　 public:

　　 int fun() const;

　 .....

}

　　 注意：採用此種const 後置的形式是一種規定，亦為了不引起混淆。在此函數的聲明中和定義中均要使用const,因為const已經成為類型資訊的一部分。

獲得能力：可以操作常量對象。

失去能力：不能修改類的資料成員，不能在函數中調用其他不是const的函數。

　　 在本篇中，const方面的知識我講的不多，因為我不想把它變成一本c++的教科書。我只是想詳細地闡述它的實質和用處. 我會盡量說的很詳細，因為我希望在一種很輕鬆隨意的氣氛中說出自己的某些想法，畢竟，編程也是輕鬆，快樂人生的一部分。有時候，你會驚歎這其中的世界原來是如此的精美。

在上篇談了const後，本篇再來談一下inline這個關鍵字，之所以把這篇文章放在這個位置,是因為inline這個關鍵字的引入原因和const十分相似，下面分為如下幾個部分進行闡述。

c++中引入inline關鍵字的原因:

　　 inline 關鍵字用來定義一個類的內嵌函式，引入它的主要原因是用它替代c中運算式形式的宏定義。

運算式形式的宏定義一例：

　　　 #define expressionname(var1,var2) (var1+var2)*(var1-var2)

為什麼要取代這種形式呢，且聽我道來：

　　 1． 首先談一下在c中使用這種形式宏定義的原因，c語言是一個效率很高的語言，這種宏定義在形式及使用上像一個函數，但它使用前置處理器實現，沒有了參數壓棧，代碼產生等一系列的操作,因此，效率很高，這是它在c中被使用的一個主要原因。

　　 2． 這種宏定義在形式上類似於一個函數，但在使用它時，僅僅只是做前置處理器符號表中的簡單替換，因此它不能進行參數有效性的檢測，也就不能享受c++編譯器嚴格類型檢查的好處，另外它的傳回值也不能被強制轉換為可轉換的合適的類型，這樣，它的使用就存在著一系列的隱患和局限性。

　　 3． 在c++中引入了類及類的存取控制，這樣，如果一個操作或者說一個運算式涉及到類的保護成員或私人成員，你就不可能使用這種宏定義來實現(因為無法將this指標放在合適的位置)。

　　 4． inline 推出的目的，也正是為了取代這種運算式形式的宏定義，它消除了它的缺點，同時又很好地繼承了它的優點。

為什麼inline能很好地取代運算式形式的預定義呢？

對應於上面的1-3點，闡述如下：

　　 1． inline 定義的類的內嵌函式，函數的代碼被放入符號表中，在使用時直接進行替換，（像宏一樣展開），沒有了調用的開銷，效率也很高。

　　 2． 很明顯，類的內嵌函式也是一個真正的函數，編譯器在調用一個內嵌函式時，會首先檢查它的參數的類型，保證調用正確。然後進行一系列的相關檢查，就像對待任何一個真正的函數一樣。這樣就消除了它的隱患和局限性。

　　 3． inline 可以作為某個類的成員函數，當然就可以在其中使用所在類的保護成員及私人成員。
在何時使用inline函數：

　　 首先，你可以使用inline函數完全取代運算式形式的宏定義。

　　 另外要注意，內嵌函式一般只會用在函數內容非常簡單的時候，這是因為，內嵌函式的代碼會在任何調用它的地方展開，如果函數太複雜，代碼膨脹帶來的惡果很可能會大於效率的提高帶來的益處。 內嵌函式最重要的使用地方是用於類的存取函數。

如何使用類的inline函數：

簡單提一下inline 的使用吧：

1.在類中定義這種函數：

class classname{

.....

....

getwidth(){return m_lpicwidth;}; // 如果在類中直接定義，可以不使用inline修飾

....

....

}

2.在類中聲明，在類外定義:

class classname{

.....

....

getwidth(); // 如果在類中直接定義，可以不使用inline修飾

....

....

}

inline getwidth(){

return m_lpicwidth;

}

　　 在本篇中，談了一種特殊的函數，類的inline函數，它的源起和特點在某種說法上與const很類似，可以與const搭配起來看。另外，最近有許多朋友與我mail交往，給我談論了許多問題，給了我很多啟發，在此表示感謝。

物件導向程式設計的基本觀點是用程式來模擬大千世界，這使得它的各種根本特性非常人性化，如封裝、繼承、多態等等，而虛擬函數就是c++中實現多態性的主將。為了實現多態性，c++編譯器也革命性地提供了動態綁定（或叫晚捆綁）這一特徵。

　　 虛擬函數亦是mfc編程的關鍵所在,mfc編程主要有兩種方法：一是響應各種訊息，進行對應的訊息處理。二就是重載並改寫虛擬函數，來實現自己的某些要求或改變系統的某些預設處理。

　　 虛函數的地位是如此的重要，對它進行窮根究底，力求能知其然並知其所以然 對我們編程能力的提高大有好處。下面且聽我道來。

　　 多態性和動態綁定的實現過程分析

　　 一、基礎略提（限於篇幅，請參閱相應的c++書籍）：

　　 1、多態性：使用基礎類的指標動態調用其衍生類別中函數的特性。

　　 2、動態聯編：在運行階段，才將函數的調用與對應的函數體進行串連的方式，又叫運行時聯編或晚捆綁。

　　 二、流程說明：

　　 1、編譯器發現一個類中有虛函數，編譯器會立即為此類產生虛擬函數表 vtable（後面有對vtable的分析）。虛擬函數表的各表項為指向對應虛擬函數的指標。

　　 2、編譯器在此類中隱含插入一個指標vptr（對vc編譯器來說，它插在類的第一個位置上）。

　　 有一個辦法可以讓你感知這個隱含指標的存在，雖然你不能在類中直接看到它，但你可以比較一下含有虛擬函數時的類的尺寸和沒有虛擬函數時的類的尺寸，你能夠發現，這個指標確實存在。

　　 class cnovirtualfun
　　　 {
　　　　 private:
　　　　 long lmember;
　　　　 public:
　　　　 long getmembervalue（);
　　　 } class chavevirtualfun
　　　 {
　　　　 private:
　　　　　 long lmember;
　　　　 public:
　　　　　 virtual long getmembervalue（);
　　　　 }

　　　 cnovirtualfun obj;
　　　 sizeof(obj) -> == 4;
　　　 chavevirtualfun obj;
　　　 sizeof(obj) -> == 8;

　　 3、在調用此類的建構函式時，在類的建構函式中，編譯器會隱含執行vptr與vtable的關聯代碼，將vptr指向對應的vtable。這就將類與此類的vtable聯絡了起來。

　　 4、在調用類的建構函式時，指向基礎類的指標此時已經變成指向具體的類的this指標，這樣依靠此this指標即可得到正確的vtable，從而實現了多態性。在此時才能真正與函數體進行串連，這就是動態聯編。
　　 三、vtable 分析：

　　 分析1：虛擬函數表包含此類及其父類的所有虛擬函數的地址。如果它沒有重載父類的虛擬函數，vtable中對應表項指向其父類的此函數。反之，指向重載後的此函數。

　　 分析2：虛擬函數被繼承後仍舊是虛擬函數，虛擬函數非常嚴格地按出現的順序在 vtable 中排序，所以確定的虛擬函數對應 vtable 中一個固定的位置n，n是一個在編譯時間就確定的常量。所以，使用vptr加上對應的n，就可得到對應函數的入口地址。

　　 四、編譯器調用虛擬函數的彙編碼（參考think in c++）：

　　 push funparam ；先將函數參數壓棧

　　 push si ；將this指標壓棧,以確保在當前類上操作

　　 mov bx,word ptr[si] ；因為vc++編譯器將vptr放在類的第一個位置上，所以bx內為vptr

　　 call word ptr[bx+n] ；調用虛擬函數。n = 所調用的虛擬函數在對應 vtable 中的位置

　　 純虛函數：

　　 一、引入原因：

　　 1、為了方便使用多態特性，我們常常需要在基類中定義虛擬函數。

　　 2、在很多情況下，基類本身產生對象是不合情理的。例如，動物作為一個基類可以派生出老虎、孔雀等子類，但動物本身產生對象明顯不合常理。

　　 為瞭解決上述問題，引入了純虛函數的概念，將函數定義為純虛函數（方法：virtual returntype function()= 0;），則編譯器要求在衍生類別中必須予以重載以實現多態性。同時含有純虛擬函數的類稱為抽象類別，它不能產生對象。這樣就很好地解決了上述兩個問題。

　　 二、純虛函數實質：

　　 1、類中含有純虛函數則它的vtable表不完全，有一個空位，所以，不能產生對象（編譯器絕對不允許有調用一個不存在函數的可能）。在它的衍生類別中，除非重載這個函數，否則，此衍生類別的vtable表亦不完整，亦不能產生對象，即它也成為一個純虛基類。

　　 虛函數與構造、解構函式：

　　 1、建構函式本身不能是虛擬函數；並且虛機制在建構函式中不起作用（在建構函式中的虛擬函數只會調用它的本地版本）。

　　 想一想，在基類建構函式中使用虛機制，則可能會調用到子類，此時子類（應為父類）尚未產生，有何後果！？。

　　 2、解構函式本身常常要求是虛擬函數；但虛機制在解構函式中不起作用。

　　 若類中使用了虛擬函數，解構函式一定要是虛擬函數，比如使用虛擬機器制調用delete,沒有虛擬解構函式，怎能保證delete的是你希望delete的對象。

　　 虛機制也不能在解構函式中生效，因為可能會引起調用已經被delete掉的類的虛擬函數的問題。

　　 對象切片：

　　 向上映射(子類被映射到父類)的時候，會發生子類的vtable 完全變成父類的vtable的情況。這就是對象切片。

　　 原因：向上映射的時候，介面會變窄，而編譯器絕對不允許有調用一個不存在函數的可能，所以，子類中新派生的虛擬函數的入口在vtable中會被強行“切”掉，從而出現上述情況。

　　 虛擬函數使用的缺點

　　 優點講了一大堆，現在談一下缺點，虛函數最主要的缺點是執行效率較低，看一看虛擬函數引發的多態性的實現過程，你就能體會到其中的原因。