在类声明中放置数据？

Question

在 Stroustrup的常见问题之一中，他给出了以下示例：

template<class Scalar> class complex {
public:
    complex() : re(0), im(0) { }
    complex(Scalar r) : re(r), im(0) { }
    complex(Scalar r, Scalar i) : re(r), im(i) { }
    // ...

    complex& operator+=(const complex& a)
        { re+=a.re; im+=a.im; return *this; }
    // ...
private:
    Scalar re, im;
};

并描述：

这种类型的设计是为了像内置类型一样使用，在声明中需要表示法，以便创建真正的本地对象（即在堆栈上分配而不是在堆上），并确保简单操作的正确内联。

有人能解释一下吗？将re，im数据放在类声明中会使类对象在堆栈上分配吗？至于内联呢？（我可以看到一个内联的operator+=，他是指这个吗？）

- user1559625

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我已经删除了第二个问题。如果您想再次提问，请提供您想知道的源代码。 - MSalters

你为什么把“complex”称为“基类”？这样的命名会让问题标题产生误导。 - juanchopanza

谢谢 juanchopanza。已经更正了。 - user1559625

Answer 1

这是一个具体类，不打算从中派生出新的类（因为没有必要）。

你可能不想为复数定义接口并派生不同种类的复数（无论那是什么），并在多态情况下使用它们。

通过将所有内容放入类中，编译器可以更容易地进行优化，而不是使用抽象接口和虚函数。

我认为这里没有任何魔法，这只是一个适合使用“值类型”类的示例。

- Bo Persson

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谢谢Bo。当我阅读Stroustrup的一些常见问题解答时，有时候他的解释方式会让我感到困惑。我经常尝试确保我没有错过重要的要点。 - user1559625

Answer 2

complex对象中的re和im成员分配在每个对象内部。这意味着，re和im仅在整个complex对象位于堆栈上时才被分配在堆栈上。如果complex对象是全局的，则re和im既不在堆栈上也不在堆上。

实际上，编译器会将re放置在对象的偏移量为0的位置，而im则放置在sizeof(Scalar)的偏移量处。这意味着operator+=的代码不需要很多汇编指令来获取这些成员。实际的加法本身可能只是两个汇编指令，因此加载4个成员并存储两个结果是工作的主要部分。如果要内联的内容很少，则内联运行得最好。

- MSalters

Answer 3

将数据放在类定义中并不意味着对象会分配在堆栈上，但它允许这样做。在定义对象的时候，编译器必须知道其完整大小；如果要在堆栈上定义对象，则编译器必须在定义它的翻译单元中知道其大小。

如果不将数据放在类定义中，则必须采取一些步骤将数据分配到其他地方，而那里几乎肯定涉及动态分配。

同样，内联函数只能操作它所看到的数据。

有各种模式可以避免在类中声明数据。它们可以具有重要优势，特别是当数据类型复杂且用户定义时。它们都涉及动态分配。Stroustrup 的意思是对于小型、具体的类，将数据放在类中使它们像内置类型一样行为（和执行），没有动态分配，并且通常（由于内联）没有抽象惩罚。

- James Kanze

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谢谢James。写得很好，很有意义。 - user1559625