C++函数编译原理和成员函数的实现

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从上节的例子可以看出，对象的内存模型中只保留了成员变量，除此之外没有任何其他信息，程序运行时不知道 obj 的类型为 Demo，也不知道它还有一个成员函数 display()。那么，究竟是如何通过对象调用成员函数的呢？

C++函数的编译

C++和C语言的编译方式不同。C语言中的函数在编译时名字不变，或者只是简单的加一个下划线

_

（不同的编译器有不同的实现），例如，func() 编译后为 func() 或 _func()。

而C++中的函数在编译时会根据命名空间、类、参数签名等信息进行重新命名，形成新的函数名。这个重命名的过程是通过一个特殊的算法来实现的，称为名字编码（Name Mangling）。

Name Mangling 是一种可逆的算法，既可以通过现有函数名计算出新函数名，也可以通过新函数名逆向推演出原有函数名。

Name Mangling 可以确保新函数名的唯一性，只要命名空间、所属的类、参数签名等有一个不同，那么产生的新函数名也不同。

如果你希望看到经算法产生的新函数名，可以只声明而不定义函数，这样调用函数时就会产生链接错误，从报错信息中就可以看到。请看下面的代码：

#include<iostream>
using namespace std;

void display();
void display(int);

namespace ns{
void display();
}

class Demo{
public:
void display();
};

int main(){
display();
display(1);
ns::display();
Demo obj;
obj.display();

return 0;
}

该例中声明了四个同名函数，包括两个具有重载关系的全局函数，一个位于命名空间 ns 下的函数，以及一个属于类 Demo 的函数。它们都是只声明而未定义的函数。

编译源代码即可看到错误信息：



小括号中就是 Name Mangling 产生的新函数名，它们都以”?“开始，以区别C语言中的”_“。

上图是VS2010产生的错误信息，不同的编译器有不同的 Name Mangling 算法，产生的函数名也不一样。
__thiscall、cdecl 是函数调用方式，有兴趣的读者可以猛击《函数的几种调用方式》一文深入了解。
除了函数，某些变量也会经 Name Mangling 算法产生新名字，不再赘述。

成员函数的调用

从上图可以看出，成员函数最终被编译成与对象无关的普通函数，如果函数体中没有成员变量，那问题就很简单，不用对函数做任何处理，直接调用即可。

如果成员函数中使用到了成员变量，该怎么办呢？成员变量的作用域不是全局，不经任何处理就无法在函数内部访问。

C++规定，编译成员函数时要额外添加一个参数，把当前对象的指针传递进去，通过指针来访问成员变量。

假设 Demo 类有两个 int 型的成员变量，分别是 a 和 b，并且在成员函数 display() 中使用到了，如下所示：

void Demo::display(){
cout<<a<<endl;
cout<<b<<endl;
}

那么编译后的形式类似于：

void new_function_name(const Demo *p){
//通过指针p来访问a、b
cout<<p->a<<endl;
cout<<p->b<<endl;
}

调用时的形式类似于：

new_function_name(&obj);

这样就完成了对象和成员函数的关联，只不过与我们从表明上看到的相反，不是通过对象找函数，而是通过函数找对象。

这一切都是隐式完成的，对程序员来说完全透明，就好像这个额外的参数不存在一样。