關於C++中的非靜態類成員函數指針

　　昨天發現了一個問題，就是使用對類中的非靜態成員函數使用std::bind時，不能像普通函數一樣直接傳遞函數名，而是必須顯式地調用&(取地址)，於是引申出我們今天的問題：非靜態類成員函數指針和普通函數指針有什么區別？

一.C++中對函數到指針的隱式轉換

　　以前在C語言程序設計課上，老師都會說：“函數名就是指向這個函數的指針”。實際上通過查閱cppreference中的隱式轉換規則，其中有這么一句關鍵的話道出了玄機：

函數類型 T 的左值能隱式轉換成指向該函數的指針純右值。這不作用於非靜態成員函數，因為不存在指代非靜態成員函數的左值。

　　這一句話表明，實際上我們在把普通函數的函數名當作右值使用的過程中，C++隱式地將其轉換成了指向該函數的的指針。這也就是我們在使用std::bind的過程中可以直接傳遞普通函數的函數名的原因，例如：

int foo(int a,int b)
{
    return (a+b);
}

int main()
{
    auto function = std::bind(foo,std::placeholders::_1,std::placeholders::_2);
    std::cout << function(3,4) << std::endl; //7
    return 0;
}

　　但是，這一條隱式轉換規則不作用於非靜態成員函數，因為不存在指代非靜態成員函數的左值。因此我們能看出，指向非靜態成員函數的指針和指向普通函數的指針是有區別的。接下來我們將會討論類成員函數指針(除非有特別說明，下文中的“類成員”都指代“非靜態類成員”)。

 

二.類成員函數指針的聲明和調用

　　類成員函數指針的聲明有些類似普通函數指針。但是區別在於，類成員函數是類成員的一部分，所以需要將類成員函數指針使用 ::* 聲明成 成員指針類型。這也表示了類成員函數指針不能單獨地被調用，需要 該類型的實例使用.*(對象的成員指針) 或 指向該類型的指針使用->*(指針的成員指針) 進行調用。同時由於上文說到的C++隱式轉換的規則，我們需要顯示地調用 &(取地址) 獲取非靜態成員函數指針：

class A
{
public:
    void FunA()
    {
        std::cout << "Function A" << endl;
    }
};

int main()
{
    void(A::*p1)() = &A::FunA;
    //p1(); Error
    A a;
    A *p2 = &a;
    (a.*p1)(); // Succ
    (p2->*p1)(); // Succ
    return 0;
}

 

三.探究類成員函數指針

　　我們都知道，普通函數指針實際上指向的是函數代碼的起始地址。然而類成員函數指針不僅僅是類成員函數的內存起始地址，它還解決C++中涉及到的多重繼承、虛函數等導致的地址偏移問題。因此，普通函數指針的內存大小是普通指針的大小(32位系統4字節，64位系統8字節)，但是成員函數指針卻不一定。

1.多繼承中的使用

　　現在有三個類A B C，其中類C public繼承 了A B兩個類。它們的聲明和定義如下：

class A
{
public:
  int a;
  void funA()
  {
    std::cout << "function A" << std::endl;
  }
};

class B
{
public:
  int b;
  void funB()
  {
    std::cout << "function B" << std::endl;
  }
};

class C : public A, public B
{
public:
  int c;
  void funC()
  {
    std::cout << "function C" << std::endl;
  }
};

　　現在我們聲明一個函數指針：

int main()
{
  void (C::*mfpC)() = &B::funB;
  return 0;
}

　　這個指針很特別，它是一個指向C的類成員的指針，但實際上它指向了C的基類B的成員函數B::funB。現在我們編譯代碼並調用gdb調試查看mfpC的信息：

(gdb) p mfpC
$1 = (void (C::*)(C * const)) 0x8000966 <B::funB()>, this adjustment 4
(gdb) p sizeof(mfpC)
$2 = 16
(gdb) x/16xb &mfpC
0x7ffffffee830: 0x66    0x09    0x00    0x08    0x00    0x00    0x00    0x00
0x7ffffffee838: 0x04    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00

　　可以看見，mfpC實際占用了16個字節(運行環境為64位操作系統)，這16個字節中不僅包含了它所指向的函數的起始地址，還包含了this指針的調整值。因為對於多重繼承來說，如果類成員函數指針保存的是非最左基類的成員函數地址，根據C++標准，非最左基類實例的開始地址肯定不同於派生類實例的開始地址，所以需要調整this指針，使其指向非最左基類實例。

2.有虛函數的使用

　　現在修改代碼，在類B中定義一個虛函數funC，並在類C中重寫它：

class A
{
public:
  int a;
  void funA()
  {
    std::cout << "function A" << std::endl;
  }
};

class B
{
public:
  int b;
  void funB()
  {
    std::cout << "function B" << std::endl;
  }

  virtual void funC()
  {
    std::cout << "function C in class B" << std::endl;
  }
};

class C : public A, public B
{
public:
  int c;
  void funC()
  {
    std::cout << "function C in class C" << std::endl;
  }
};

　　然后我們實例化一個類C的對象c和一個指向B::funC的成員函數指針mfpB，最后通過c調用它：

int main()
{
  C c;
  void (B::*mfpB)() = &B::funC;
  (c.*mfpB)();
  return 0;
}

　　結果顯而易見，輸出的不是"function C in class B"，而是"function C in class C"。

　　由此可見，成員函數指針雖然看起來和普通的函數指針有些類似，但實際上兩者還是有很大的差別的。