C++学习——C++函数的编译、成员函数的调用、this指针详解

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从博文的分析中可以看出，对象的内存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 stu 的类型为 Student，也不知道它还有四个成员函数 setname()、setage()、setscore()、show()，C++ 究竟是如何通过对象调用成员函数的呢？

一、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_，例如func() 编译后为 func() 或 _func()。

C++中的函数在编译时会根据它所在的命名空间、它所属的类、以及它的参数列表等信息进行重新命名，形成一个新的函数名。这个新的函数名只有编译器知道，对用户是不可见的。对函数重命名的过程叫做名字编码（Name Mangling），是通过一种特殊的算法来实现的。

Name Mangling 的算法是可逆的，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，只要函数所在的命名空间、所属的类、包含的参数列表等有一个不同，最后产生的新函数名也不同。

如果你希望看到经 Name Mangling 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新函数名。请看下面的代码：

cpp 复制代码

#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。

在 VS2015 下编译源代码可以看到类似下面的错误信息：

小括号中就是经 Name Mangling 产生的新函数名，它们都以?开始，以区别C语言中的_。
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 是函数调用惯例，见《函数调用惯例》一文。
除了函数，某些变量也会经 Name Mangling 算法产生新名字，这里不再赘述。

二、成员函数的调用

从上图看出，成员函数最终被编译成与对象无关的全局函数，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。但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的，如果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。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。

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

cpp 复制代码

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

那么编译后的代码类似于：

cpp 复制代码

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

使用obj.display()调用函数时，也会被编译成类似下面的形式：

cpp 复制代码

new_function_name(&obj);

这样通过传递对象指针就完成了成员函数和成员变量的关联。这与我们从表明上看到的刚好相反，通过对象调用成员函数时，不是通过对象找函数，而是通过函数找对象。

最后需要提醒的是，Demo * const p中的 const 表示指针不能被修改，p 只能指向当前对象，不能指向其他对象。通过下一节的讲解，我们可以知道这里的p其实就是this指针。

三、this指针详解

this 是 C++ 中的一个关键字，也是一个 const 指针，它指向当前对象，通过它可以访问当前对象的所有成员。

所谓当前对象，是指正在使用的对象。例如对于stu.show();，stu 就是当前对象，this 就指向 stu。

下面是使用 this 的一个完整示例：

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

class Student{
public:
    void setname(char *name);
    void setage(int age);
    void setscore(float score);
    void show();
private:
    char *name;
    int age;
    float score;
};

void Student::setname(char *name){
    this->name = name;
}
void Student::setage(int age){
    this->age = age;
}
void Student::setscore(float score){
    this->score = score;
}
void Student::show(){
    cout<<this->name<<"的年龄是"<<this->age<<"，成绩是"<<this->score<<endl;
}

int main(){
    Student *pstu = new Student;
    pstu -> setname("李华");
    pstu -> setage(16);
    pstu -> setscore(96.5);
    pstu -> show();

    return 0;
}

本例中成员函数的参数和成员变量重名，只能通过 this 区分。以成员函数setname(char *name)为例，它的形参是name，和成员变量name重名，如果写作name = name;这样的语句，就是给形参name赋值，而不是给成员变量name赋值。而写作this -> name = name;后，=左边的name就是成员变量，右边的name就是形参，一目了然。

注意，this 只能用在类的内部，通过 this 可以访问类的所有成员，包括 private、protected、public 属性的。

给 this 指针赋值，是由编译器自动完成的，不需要用户干预，用户也不能显式地给 this 赋值。

本例中，this 的值和 pstu 的值是相同的。我们不妨来证明一下，给 Student 类添加一个成员函数printThis()，专门用来输出 this 的值，如下所示：

cpp 复制代码

void Student::printThis(){
    cout<<this<<endl;
}

然后在 main() 函数中创建对象并调用 printThis()：

cpp 复制代码

Student *pstu1 = new Student;
pstu1 -> printThis();
cout<<pstu1<<endl;

Student *pstu2 = new Student;
pstu2 -> printThis();
cout<<pstu2<<endl;

运行结果如下，可以发现，this 确实指向了当前对象，而且对于不同的对象，this 的值也不一样。

015118E8

015118B0

使用this指针要注意以下几点：

this 是 const 指针，它的值是不能被修改的，一切企图修改该指针的操作，如赋值、递增、递减等都是不允许的。
this 只能在成员函数内部使用，用在其他地方没有意义，也是非法的。
只有当对象被创建后 this 才有意义，因此不能在 static 成员函数中使用。

总结

成员函数最终会被编译成与对象无关的普通函数，所以在编译时成员函数时，会给成员函数添加一个额外的参数（即当前对象的指针），以此来关联成员函数和成员变量。这个额外的参数实际上就是 this 指针，它是成员函数和成员变量关联的桥梁。

this 指针实际上是成员函数的一个形参，在调用成员函数时将对象的首地址作为实参传递给 this 指针。不过 this 这个形参是隐式的，它并不出现在代码中，而是在编译阶段由编译器默默地将它添加到参数列表中。

this 指针作为隐式形参，本质上是成员函数的局部变量，所以只能用在成员函数的内部，并且只有在通过对象调用成员函数时才给 this 赋值。