C++【对象模型】| 【09】类模板、异常处理及执行期类型识别

• • 索引
  • 1、Template
  • • • 1.1 emplate实例行为
      • 1.2 template中名称决议法
      • 1.3 成员函数的实例化行为是什么？
  • 2、异常处理（Exception Handling）
  • • • 2.1 EH简介
      • 2.2 对EH的支持
  • 3、执行期类型识别
  • • • 3.1 保证安全的向下转换操作
      • 3.2 dynamic_cast
      • 3.3 typeid

C++【对象模型】| 【01】简单了解C++对象模型的布局
C++【对象模型】|【02】构造函数何时才会被编译器自动生成？
C++【对象模型】|【03】拷贝构造是如何工作的，何时才会用到呢？
C++【对象模型】 | 【04】程序在内部被编译器如何转化？
C++【对象模型】 | 【05】类与类之间各种关系下对数据成员的存取、绑定、布局
C++【对象模型】| 【07】构造、析构、拷贝做了哪些事？
C++【对象模型】| 【08】类在执行期会处理哪些事呢？
C++【对象模型】| 【09】类模板、异常处理及执行期类型识别

三种扩充性质将会影响C++对象：
template、exception handing、runtime type identification；

Template：该模板表达式将在编译时期而非执行期被评估，将给程序带来重大的效率提升；
但同时也带来缺点，当与其像依赖的头文件，若产生修改将会重新编译；

【实例化】表示进程将真正的类型和表达式绑定到template相关形式参数上的操作；

当编译器看到templat class 声明时，会如何处理呢？

在实际程序中，它却没有反应；class中的每一个都只能通过该类模板的实例来调用；
template::freeList;	// 可通过尖括号中不同类型创建出不同的实例

【指针却在不同类型下不会产生多个实例？】
- 由于指向一个类对象的指针本身不是一个类对象，故该指针不需要与对象相关的任何数据，故不用将其实例化，但C++标准禁止这样处理；

【上述为指针，那么引用呢？】
- 它将会被实例化，否则将会报错；

如何让成员函数需要使用的才进行实例化，编译器不会这样要求，需要使用者来主导，为什么呢？

- 空间上和时间上的考虑，如果类中有大量成员函数，但实际用到只有几个，那么将会耗费大量时间和空间；
- 尚未实现的机能，主要实例化真正用到的成员函数即可；

Point *p = new Point;
需要实例化的有：Point的float类型、new、默认构造三种；

【此类函数在何时将会被实例化呢】
- 如果在编译时，函数将实例化在Point原文件和p所在文件中；
- 如果在链接时，编译器会被重新激活，将template函数实例放在其他文件中；

于template内，什么样的编译器会在编译器处理template声明时被标示出来？

如cfront对template完全解析但不做类型检验，在每一个实例化操作发生时才做类型检验；

extern double foo(double);

template
class ScopeRules {
public:
	void invariant() {
		_member = foo(_val);	// foo不是取决于模板参数
	}	
	type type_dependent() {
		return foo(_member);	// foo调用却决模板参数
	}

private:
	int _val;
	type _member;
};

extern int foo(int);
ScopeRules sr0;

分为两种：①定义出template的程序端、②实例化template程序端；
- ①用以专注于一般的模板类；
- ②用于专注特定的实例；
上述中两个foo()调用，在程序定义前有一个foo声明，而在实例化前有两个foo声明；

当使用sr0.invariant()时，内部的foo将调用foo(double);这是为什么呢？

template中，对一个非成员名称(foo)的决议根据name是否与用以实例化该template的参数类型有关而决定，若不相关，则以①来决定，相关则用②；
而该foo()与实例化该类的参数类型无关【代码注释】；

目前实例化有两种行为：
- 【编译】，code必须在程序文本文件中；
- 【链接】，辅助工具来引导编译器实例化；

【编译器如何找出函数定义】
- 其中Borland从保护template程序文件中查找，或者要求一种文件用来才存放；

【编译器如何能够只实例化程序中用到的成员函数】
- 模拟链接操作，检测哪一个函数真正需要，在将其实例化；

【编译器如何阻止member definition在多个.o文件中都被实例化呢？】
- 产生多个实例，在从链接器中提供支持，只留下其中一个实例，其余的忽略；
- 或者由使用者来引导模拟链接阶段的实例化策略，决定哪些实例才是需要的；

cfront3.0提供一个由使用者驱动的自动实例化机制；

【directed-instantiation机制】
- 一个程序的原始码被编译时，最初不产生任何实例，但其相关信息将被产生于类文件中；
- 当类文件链接一起时，一个prelinker程序将被执行，用于检查对象文件；
- 对每一个参考到template实例而该实例却没有定义时，prelinker将必要的程序实例化操作指定给特定文件（.ii文件）；
- prelinker重新执行编译器，编译.ii文件中将其都实例化；
- 所有的对象文件都被链接成一个可执行文件；

- 该机制的主要成本在于第一次编译时.ii文件的设定时间，及次要的对每一个编译后执行prelinker；

【当一个类被用于几十个文件中，编译器如果确保只有一个虚表实例被产生？】
- 每个虚函数的地址都被置于active classes的虚表中；
- 若取得函数地址，表示虚函数定义必定出现在程序的某个地点，否则链接失败；
- 且改函数只能由一个实例，否则链接失败；
- 故将其放入定义改类的第一个非内联、非纯虚函数的文件中；
- 虚函数被实例化，在类的实例化点之后；

支持EH，则编译器将要找出catch子句，且需要跟踪程序堆栈中每一个函数做作用区域；如果是类EH，则可能要负责其虚构、清理等动作；
EH需要编译器产生的数据结构和执行期的一个exception library：
- 为了维护执行速度，则需要在编译时间构建数据结构，这膨胀程序大小；
- 为了维护程序大小，则需要在执行期建立数据结构，这会影响执行速度；
- 故编译器必须在上面做出抉择；

EH由以下三个组成：
- throw子句，发出一个exception；
- catch子句，没一个子句就是一个EH，处理某种类型的exception；
- try区段；
当一个exception抛出时，控制权会从函数调用中被释放出来，寻找catch子句；

当一个exception发生时，系统会执行：
- 检验发生throw操作的函数；
- 决定throw操作是否发生在try区段；
- exception type域catch子句比较；
- 交到catch子句；

如何将exception type和每一个catch type比较

编译器必须为此产生一个类型描述器（如PTTI），对exception的类型进行编码；

class node {};

class type : public node {};
class fct : public type {};
class gen : public type {};

void simplify_conv_op(type pt) {
	fct pf = fct(pt);
}

在cfont2.0前conversion运算符不能被重载，且上述函数（simplify_conv_op）内转换也是安全的；

缺乏一个保证安全的向下转换，需要额外负担：
- 需要额外的空间以存储类型信息；
- 需要额外的时间以决定执行期的类型；

如何解决向下转化：
- 使用关键词dynamic_cast；
- 通过声明一个或多个虚函数来区别class声明；

该运算符可以在执行期决定真正的类型；
使用它，是取出vptr[0]的类型描述器信息进行转化；

将该运算符使用在reference上

当使用指针时，转换失败将会被设置为0，而引用却不行，若设置为0，将会引起临时性对象被产生出来；
那会如何处理呢？
如果转换失败，则将会抛出一个bad_cast exception；

该运算符在执行期查询某个类型的信息；