Data Member 存取

这次我们想讨论一下，Data Member 的存取开销。

如下代码：

Point3D origin;

origin.x=0.0;

x的存取开销是什么？ 这个问题不能一概而论，必须视 x 和 Point3D如何定义而定。x可能是 static member 也可能是 nonstatic member。而Point3D可能是一个独立的class ， 也可能是从另一个单一的 base class 派生而来，甚至也有可能是从多重继承和虚拟继承而来。

再者 以下两者有什么重大差异？

Point3D origin , *pt =&origin;
origin.x=0.0;
pt->x=0.0;

Static Data Members

我们都知道，Static Data Member 是被提出于 class 之外的，并被视为一个 global 变量（但只在 class 范围内可见）。每一个 Static Data Members 的读写权限（private，protect，public），以及与 class 的关联，并不会导致任何的额外开销（时间空间上的）。

每一个 Static Data Members 都只有一个实例，存放在 程序的 data segment 之中。每次使用该变量时，都会被转换为对唯一extern实例的直接操作。

所以如果 x 是 Static Data Members 那么无论是Point3D::x=0.0,origin.x=0.0;还是pt->x=0.0;效率都是一样的，并且不会因为 class 的缘故而带来额外开销。

什么？ 你说他是多重继承或者是虚继承过来的怎么办？ 没关系的，只要你敢来我都一样对待，都是转换为访问唯一实例，存取路径还是那么的直接。

再来个更狠的，如果是写成这样子呢，foo().x =2;（假设 foo() 返回Point3D类型的object）。C++ Standard 明确规定 foo()函数是必须被调用的。

那么以上的情况，其实是可能被转换成了 (void)foo(); Point3D::x=2;。

而且 如果是对一个 class 的 static data member 取址的话，会的到一个指向其数据类型的指针，而不是指向其 class member 的指针，因为 static member 并不含在一个 class object 之中；

&Point3D::x;会的到类型如下的内存地址 const float*。

Nonstatic Data Member

Nonstatic Data Member直接存放在每一个 class object之中。除非经由显式或隐式的class object，否则的话 无法直接操作它们。在class member function中处理 Nonstatic Data Member 被称为隐式 class object 操作。

比如：

Point3D Point3D::Translate(const Point3D &pt)
{
    x+=pt.x;
    y+=pt.y;
    z+=pt.z;
}

上面我们看到的x ,y ,z的直接操作，其实是经过 this 指针隐式完成的。 所以事实上这个函数是这样子的：

Point3D Point3D::Translate(Point3D *const this,const Point3D &pt)
{
    this.x+=pt.x;
    this.y+=pt.y;
    this.z+=pt.z;
}

所以说欲对一个 nonstatic data member 进行存取操作，编译器需要把 class object 起始地址，加上 data member 的偏移位置（offset）。

origin.y=0.0那么 &origin.y的地址将等于： &origin+(&Point3D::y-1);

这里减1 是因为指向data member的指针，其offset值总是被加上1的，这样可以是编译器区分出，”一个指向 data member 的指针，用以指出 class 的第一个 member”，和”一个指向data member的指针，没有指出任何 member”两种情况。

每一个 nonstatic data member的偏移位置(offset)在编译时期即可获知,甚至如果member 属于一个 base class subobject（派生自单一或者多重继承串链）也是一样的。因为，操作一个 nonstatic data member，其效率和存取一个 C struct member 或者 一个 nondrived class 的 member是一样的。

现在我们看看虚拟继承的情况。 虚拟继承将由”经由 base class subobject 操作 class member”，所以有一层的新的间接性：

Point3D *pt;
pt->x=0.0;

上述代码在，x是一个 struct member 和一个class member、单一继承、多重继承的情况下是完全相同的。 但，如果x 是一个 virtual base class 的member，操作时会有额外的开销的，这是因为虚继承下的间接性导致的。

那么我们再来看一下origin.x=0.0;和pt->x=0.0;的差异吧。

以上两者的差异只有当 Point3D是一个 drived class 而且其继承结构中有一个 virtual base class ，并且操作的 member 是一个从 virtual base class 继承而来的member时才会体现。

因为此时我们不能明确的指出，pt到底是指向哪一种 class type，所以在编译时期我们也不知道这个member的真正offset位置，所以这个操作必须推迟到执行期，然后经由一个额外的间接引导才能完成。

但是对于 origin来说，就不会有这个问题，其类型已经被指定为 Point3D class，而即使它继承自 virtual base class， member的 offset 的位置在编译时期就固定了。所以如果更为聪明的编译器，甚至可以静态的由origin 就解决掉对 x 的操作。