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淺談C++指針直接調(diào)用類成員函數(shù)

在編程工作中常會(huì)遇到在一個(gè)“類”中通過函數(shù)指針調(diào)用成員函數(shù)的要求，如，當(dāng)在一個(gè)類中使用了C++標(biāo)準(zhǔn)庫中的排序函數(shù)qsort時(shí)，因qsort參數(shù)需要一個(gè)“比較函數(shù)”指針，如果這個(gè)“類”使用某個(gè)成員函數(shù)作“比較函數(shù)”，就需要將這個(gè)成員函數(shù)的指針傳給qsort供其調(diào)用。本文所討論的用指針調(diào)用 “類”的成員函數(shù)包括以下三種情況：

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（1）．將 “類”的成員函數(shù)指針賦予同類型非成員函數(shù)指針，如：

例子1

 
 
    
  
  
  1. #include  
    2. 
  
  
  2. typedef void (*Function1)( ); //定義一個(gè)函數(shù)指針類型。 
    3. 
  
  
  3. Function1 f1; 
    4. 
  
  
  4. class Test1 
    5. 
  
  
  5. { 
    6. 
  
  
  6. 　public:  
    7. 
  
  
  7. //…被調(diào)用的成員函數(shù)。 
    8. 
  
  
  8. void Memberfun1( ){ printf("%s \n","Calling Test3::Memberfun2 OK");}; //  
    9. 
  
  
  9. void Memberfun2() 
    10. 
  
  
  10. { 
    11. 
  
  
  11. 　f1=reinterpret_cast(Memberfun1);//將成員函數(shù)指針賦予f1。編譯出錯(cuò)。 
    12. 
  
  
  12. 　f1(); 
    13. 
  
  
  13. } 
    14. 
  
  
  14. //… 
    15. 
  
  
  15. }; 
    16. 
  
  
  16. int main() 
    17. 
  
  
  17. { 
    18. 
  
  
  18. 　Test1 t1; 
    19. 
  
  
  19. 　t1.Memberfun2(); 
    20. 
  
  
  20. 　return 0; 
    21. 
  
  
  21. }
    22.

（2） 在一個(gè)“類”內(nèi)，有標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，如qsort， 或其他全局函數(shù)，用函數(shù)指針調(diào)用類的成員函數(shù)。如：

例子2：

 
 
    
  
  
  1. #include  
    2. 
  
  
  2. class Test2 
    3. 
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  4. private:  
    5. 
  
  
  5. int data[2];  
    6. 
  
  
  6. //… 
    7. 
  
  
  7. public: 
    8. 
  
  
  8. //… 
    9. 
  
  
  9. int __cdecl Compare(const void* elem1, const void* elem2) //成員函數(shù)。 
    10. 
  
  
  10. {  
    11. 
  
  
  11. printf("%s \n","Calling Test2::Memberfun OK"); 
    12. 
  
  
  12. return *((int*)elem1)- *((int*)elem2) ;  
    13. 
  
  
  13. } 
    14. 
  
  
  14. void Memberfun()  
    15. 
  
  
  15. {  
    16. 
  
  
  16. data[0]=2; data[1]=5; 
    17. 
  
  
  17. qsort( data, 2, sizeof(int), Compare); //標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)調(diào)用成 
    18. 
  
  
  18. //員函數(shù)。編譯出錯(cuò)。 
    19. 
  
  
  19. } 
    20. 
  
  
  20. //… 
    21. 
  
  
  21. }; 
    22. 
  
  
  22. int main( ) 
    23. 
  
  
  23. { 
    24. 
  
  
  24. Test2 t2; 
    25. 
  
  
  25. t2.Memberfun(); //調(diào)用成員函數(shù)。 
    26. 
  
  
  26. return 0; 
    27. 
  
  
  27. } 
    28.

（3）同一個(gè)“類”內(nèi)，一個(gè)成員函數(shù)調(diào)用另一個(gè)成員函數(shù)， 如：

例子3：

 
 
    
  
  
  1. #include "stdlib.h" 
    2. 
  
  
  2. class Test3 
    3. 
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  4. public: 
    5. 
  
  
  5. //… 
    6. 
  
  
  6. void Memberfun1( void (* f2)( ) ) { f2( ) ;} //成員函數(shù)1調(diào)用成員函數(shù)//2。 
    7. 
  
  
  7. void Memberfun2( ) { printf("%s \n","Calling Test3::Memberfun2 OK");} //成員函數(shù)2。 
    8. 
  
  
  8. void Memberfun3( ) { Memberfun1( Memberfun2);} // 編譯出錯(cuò)  
    9. 
  
  
  9. //… 
    10. 
  
  
  10. }; 
    11. 
  
  
  11. int main( ) 
    12. 
  
  
  12. { 
    13. 
  
  
  13. Test3 t3; 
    14. 
  
  
  14. t3.Memberfun3(); //調(diào)用成員函數(shù)。 
    15. 
  
  
  15. return 0; 
    16. 
  
  
  16. }
    17.

以上三種情況的代碼語法上沒有顯著的錯(cuò)誤，在一些較早的編譯環(huán)境中，如，VC++ 4.0， 通?？梢跃幾g通過，或至多給出問題提醒（Warning）。后來的編譯工具，如，VC++6.0和其他一些常用的C++編譯軟件，不能通過以上代碼的編譯， 并指出錯(cuò)誤如下(以第三種情況用VC++ 6.0編譯為例)：

error C2664: 'Memberfun1' : cannot convert parameter 1 from 'void (void)' to 'void (__cdecl *)(void)'
None of the functions with this name in scope match the target type

即：Memberfun1參數(shù)中所調(diào)用的函數(shù)類型不對(duì)。

按照以上提示，僅通過改變函數(shù)的類型無法消除錯(cuò)誤，但是，如果單將這幾個(gè)函數(shù)從類的定義中拿出來，不作任何改變就可以消除錯(cuò)誤通過編譯， 仍以第三種情況為例，以下代碼可通過編譯:

 
 
    
  
  
  1. #include  
    2. 
  
  
  2. void Memberfun1( void (* f2)( ) ) { f2( ) ;} //原成員函數(shù)1調(diào)用成員函數(shù)//2。 
    3. 
  
  
  3. void Memberfun2( ) { printf("%s \n","Calling Test3::Memberfun2 OK");} //原成員函數(shù)2。 
    4. 
  
  
  4. void Memberfun3( ) { Memberfun1( Memberfun2);} 
    5. 
  
  
  5. int main( ) 
    6. 
  
  
  6. { 
    7. 
  
  
  7. Memberfun3 (); 
    8. 
  
  
  8. return 0; 
    9. 
  
  
  9. }
    10.

第1、 2種情況和第3種情況完全相同。

由此可以的得出結(jié)論，以上三種情況編譯不能通過的原因表面上并不在于函數(shù)類型調(diào)用不對(duì)，而是與 “類”有關(guān)。沒通過編譯的情況是用函數(shù)指針調(diào)用了 “類”的成員函數(shù)，通過編譯的是用函數(shù)指針調(diào)用了非成員函數(shù)，而函數(shù)的類型完全相同。那么， “類”的成員函數(shù)指針和非成員函數(shù)指針有什么不同嗎？

在下面的程序中，用sizeof()函數(shù)可以查看各種“類”的成員函數(shù)指針和非成員函數(shù)指針的長(zhǎng)度（size）并輸出到屏幕上。

 
 
    
  
  
  1. #include "stdafx.h" 
    2. 
  
  
  2. #include  
    3. 
  
  
  3. #include  
    4. 
  
  
  4. class Test; //一個(gè)未定義的類。 
    5. 
  
  
  5. class Test2 //一個(gè)空類。 
    6. 
  
  
  6. { 
    7. 
  
  
  7. }; 
    8. 
  
  
  8. class Test3 //一個(gè)有定義的類。 
    9. 
  
  
  9. { 
    10. 
  
  
  10. 　public: 
    11. 
  
  
  11. //... 
    12. 
  
  
  12. void (* memberfun)(); 
    13. 
  
  
  13. void Memberfun1( void (* f2)( ) ) { f2( ) ;} //成員函數(shù)1調(diào)用成員函數(shù)//2。 
    14. 
  
  
  14. void Memberfun2( );//成員函數(shù)2。 
    15. 
  
  
  15. //… 
    16. 
  
  
  16. }; 
    17. 
  
  
  17. class Test4: virtual Test3 ,Test2 //一個(gè)有virtual繼承的類（derivative class）。 
    18. 
  
  
  18. { 
    19. 
  
  
  19. 　public: 
    20. 
  
  
  20. void Memberfun1( void (* f2)( ) ) { f2( ) ;}  
    21. 
  
  
  21. }; 
    22. 
  
  
  22. class Test5: Test3,Test2 //一個(gè)繼承類（derivative class）。 
    23. 
  
  
  23. { 
    24. 
  
  
  24. 　public: 
    25. 
  
  
  25. void Memberfun1( void (* f2)( ) ) { f2( ) ;}  
    26. 
  
  
  26. }; 
    27. 
  
  
  27. 
  
  
  28. int main() 
    29. 
  
  
  29. { 
    30. 
  
  
  30. 　std::cout <<"一般函數(shù)指針長(zhǎng)度= "<< sizeof(void(*)()) << '\n'; 
    31. 
  
  
  31. 　std::cout <<"-類的成員函數(shù)指針長(zhǎng)度-"<<'\n'<<'\n'; 
    32. 
  
  
  32. 　std::cout <<"Test3類成員函數(shù)指針長(zhǎng)度="<< sizeof(void(Test3::*)())<<'\n'<<'\n'; 
    33. 
  
  
  33. 　std::cout <<"Test5類成員函數(shù)指針長(zhǎng)度="<
  
  
  34. 　std::cout <<"Test4類成員函數(shù)指針長(zhǎng)度="<
  
  
  35. 　std::cout <<"Test類成員函數(shù)指針長(zhǎng)度="<
  
  
  36. 　return 0; 
    37. 
  
  
  37. }
    38.

輸出結(jié)果為（VC++6.0編譯，運(yùn)行于Win98操作系統(tǒng)，其他操作系統(tǒng)可能有所不同）：

  • 一般非成員函數(shù)指針長(zhǎng)度= 4
  • -類的成員函數(shù)指針長(zhǎng)度-
  • Test3類成員函數(shù)指針長(zhǎng)度=4
  • Test5類成員函數(shù)指針長(zhǎng)度=8
  • Test4類成員函數(shù)指針長(zhǎng)度=12
  • Test類成員函數(shù)指針長(zhǎng)度=16

以上結(jié)果表明，在32位Win98操作系統(tǒng)中，一般函數(shù)指針的長(zhǎng)度為4個(gè)字節(jié)（32位），而類的成員函數(shù)指針的長(zhǎng)度隨類的定義與否、類的繼承種類和關(guān)系而變，從無繼承關(guān)系類（Test3）的4字節(jié)（32位）到有虛繼承關(guān)系類（Virtual Inheritance）（Test4）的12字節(jié)（96位），僅有說明(declaration)沒有定義的類（Test）因?yàn)榕c其有關(guān)的一些信息不明確成員函數(shù)指針最長(zhǎng)為16字節(jié)（128位）。顯然， 與一般函數(shù)指針不同，指向“類”的成員函數(shù)的指針不僅包含成員函數(shù)地址的信息，而且包含與類的屬性有關(guān)的信息，因此，一般函數(shù)指針和類的成員函數(shù)指針是根本不同的兩種類型，當(dāng)然，也就不能用一般函數(shù)指針直接調(diào)用類的成員函數(shù)，這就是為什么本文開始提到的三種情況編譯出錯(cuò)的原因。盡管使用較早版本的編譯軟件編譯仍然可以通過，但這會(huì)給程序留下嚴(yán)重的隱患。

至于為什么同樣是指向類的成員函數(shù)的指針，其長(zhǎng)度竟然不同，從32位到128位，差別很大，由于沒有看到微軟官方的資料只能推測(cè)VC++6.0在編譯時(shí)對(duì)類的成員函數(shù)指針進(jìn)行了優(yōu)化，以盡量縮短指針長(zhǎng)度，畢竟使用128位或96位指針在32位操作系統(tǒng)上對(duì)程序性能會(huì)有影響。但是，無論如何優(yōu)化，類的成員函數(shù)指針包含一定量的對(duì)象（Objects）信息是確定的。其他的操作系統(tǒng)和編譯軟件是否進(jìn)行了類似的處理，讀者可以用以上程序自己驗(yàn)證。

那么，當(dāng)需要時(shí)，如何用指針調(diào)用類的成員函數(shù)？可以考慮以下方法：

（1） 將需要調(diào)用的成員函數(shù)設(shè)為static 類型，如：在前述例子2中，將class Test2 成員函數(shù)Compare 定義前加上static 如下（黑體為改變之處）：

 
 
    
  
  
  1. class Test2 
    2. 
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  3. //…. 
    4. 
  
  
  4. int static __cdecl Compare(const void* elem1, const void* elem2) //成員函數(shù)。 
    5. 
  
  
  5. //其他不變 
    6. 
  
  
  6. }
    7.

改變后的代碼編譯順利通過。原因是，static 類型的成員函數(shù)與類是分開的，其函數(shù)指針也不包含對(duì)象信息，與一般函數(shù)指針一致。這種方法雖然簡(jiǎn)便，但有兩個(gè)缺點(diǎn)：1、被調(diào)用的函數(shù)成員定義內(nèi)不能出現(xiàn)任何類的成員（包括變量和函數(shù)）；2、由于使用了static 成員，類在被繼承時(shí)受到了限制。

（2） 使用一個(gè)函數(shù)參數(shù)含有對(duì)象信息的static 類型的成員函數(shù)為中轉(zhuǎn)間接地調(diào)用其他成員函數(shù)，以例3為例，將類Test3作如下修改（黑體字為修改之處），main（）函數(shù)不變，則可順利通過編譯：

 
 
    
  
  
  1. class Test3 
    2. 
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  3. 　public: 
    4. 
  
  
  4. //… 
    5. 
  
  
  5. void static __cdecl Helper(Test3* test3) 
    6. 
  
  
  6. { 
    7. 
  
  
  7. 　test3->Memberfun2(); 
    8. 
  
  
  8. } 
    9. 
  
  
  9. void Memberfun1( void (* f2)(Test3*)) { f2(this) ;} //將對(duì)象信息傳給Helper函數(shù)。 
    10. 
  
  
  10. void Memberfun2( ) {printf("%s \n","Calling Test3::Memberfun2 OK"); } //成員函數(shù)2。 
    11. 
  
  
  11. void Memberfun3( ) { Memberfun1( Helper);}  
    12. 
  
  
  12. //… 
    13. 
  
  
  13. };
    14.

這種間接方式對(duì)成員函數(shù)沒有任何限制，克服了***種方法成員函數(shù)不能使用任何類的成員的缺點(diǎn)，但由于有static 成員，類的繼承仍受到制約。

（3）使用一個(gè)全程函數(shù)（global function）為中轉(zhuǎn)間接調(diào)用類的成員函數(shù)，仍以例3為例，將代碼作如下修改（VC++6.0編譯通過）：

 
 
    
  
  
  1. class Test3; 
    2. 
  
  
  2. void __cdecl Helper(Test3* test3); 
    3. 
  
  
  3. class Test3 
    4. 
  
  
  4. { 
    5. 
  
  
  5. 　public: 
    6. 
  
  
  6. //… 
    7. 
  
  
  7. void Memberfun1( void (* f2)(Test3*)) { f2(this) ;} //成員函數(shù)1調(diào)用成員函數(shù)//2。 
    8. 
  
  
  8. void Memberfun2( ) {printf("%s \n","Calling Test3::Memberfun2 OK"); } //成員函數(shù)2。 
    9. 
  
  
  9. void Memberfun3( ) { Memberfun1( Helper);}  
    10. 
  
  
  10. //… 
    11. 
  
  
  11. }; 
    12. 
  
  
  12. 
  
  
  13. void __cdecl Helper(Test3* test3) 
    14. 
  
  
  14. { 
    15. 
  
  
  15. 　test3->Memberfun2(); 
    16. 
  
  
  16. };
    17.

這個(gè)方法對(duì)成員函數(shù)沒有任何要求，但是需要較多的代碼。

除上述三種方法外還有其他方法，如， 可以在匯編層面上修改代碼解決上述問題等，不屬于本文范圍。

結(jié)論：函數(shù)指針不能直接調(diào)用類的成員函數(shù)，需采取間接的方法，原因是成員函數(shù)指針與一般函數(shù)指針有根本的不同，成員函數(shù)指針除包含地址信息外，同時(shí)攜帶其所屬對(duì)象信息。本文提供三種辦法用于間接調(diào)用成員函數(shù)。這三種辦法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)合。

希望通過以上內(nèi)容的介紹，能夠給大家?guī)韼椭?/p>
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