C++函数编译原理和成员函数的实现

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。

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形参this，在调用成员函数时，把当前对象的地址传递给this指针，通过指针来访问成员函数中用到的成员变量。不过this这个形参时隐式的，它并不出现在代码中，而是在编译阶段由编译器默默的将它添加到参数列表中。

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。

总结：C++ 类中，成员函数最终被编译成与对象无关的普通函数，除了成员变量，会丢失所有信息，所以在编译时会添加一个额外的参数，把当前对象的首地址传入，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，它是成员函数和成员变量关联的桥梁。