2-3-Member Pointers

2.3.1 Data Member Pointers

数据成员指针类型在ABI层面的基本属性与ptrdiff_t类型一致。

数据成员指针以ptrdiff_t类型表示，指的是该数据成员相对于基类对象的地址点的字节偏移量。

空数据成员指针用偏移量-1表示。

注意，根据[dcl.init]，对数据成员指针对象进行“零初始化”会存储一个空指针值。在此表示法下，该值具有非0的位表示（尽管语义上是空指针，但其底层的二进制值不是0）。在大多数现代平台中，数据成员指针是唯一具有这种性质的类型。

对于非空的数据成员指针，其“基类到派生类”（向下转换）或“派生类到基类”（向上转换）的转换可以通过分别加/减派生类中该基类的静态偏移来实现。C++标准不允许成员指针在进行“基类到派生类”或“派生类到基类”的转换时跨越虚基类关系，因此静态偏移量总是已知的。

指向本类成员的数据成员指针总是存储非负偏移量。不幸的是，通过某些转换，非空的数据成员指针也可能会持有负偏移量。如果该值为-1，那么如此以来该成员指针就会被视为空指针。这被认为是此ABI中无法修复的缺陷。对新平台的建议：考虑对数据成员指针使用不同的表示方法，例如将偏移值左移一位，并使用最低位非零来表示非空指针。

在定义良好的代码中，演示此缺陷相对困难。你可以将一个成员指针转换为某个派生类，然后再将其转换回另一个基类；如果第二个基类在内存中排在第一个之后，偏移量将为负。但是，这种转换具有未定义行为，因为成员不再属于该成员指针所属类的基类或派生类。若要展示该缺陷，必须涉及空基类或空数据成员。例如：

struct alignas(2) B1 {};

struct B2 : B1 {};
struct B3 : B1 {};

struct D : B2, B3 {
    char a, b;
};

// The offset in D of the B3 base subobject is 2, but the
// offset of the data member b is 1.
auto mptr = static_cast<char B3::*>(&D::b);

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struct alignas(2) B1 {};

struct B2 : B1 {};
struct B3 : B1 {};

struct D : B2, B3 {
    char a, b;
};


// offset 0：B2子对象，B2中的B1子对象，a
// offset 1：b
// offset 2：B3子对象，B3中的B1子对象
// offset 3：padding
// &D::b 在D中的偏移：off_D(b) = 1
// B3子对象在D内的偏移：off_D(B3) = 2
// b相对于B3的偏移：off_B3(b) = off_D(b) − off_D(B3) = 1 − 2 = -1
int main()
{
    auto mptr = static_cast<char B3::*>(&D::b);
    if(nullptr == mptr)
        std::cout << "mptr is null" << std::endl;
}

Member Function Pointers

多种不同的成员函数指针表示方式被使用。其中一种标准表示方式依赖于平台的一些假设，例如：对非虚成员函数的函数指针，其最低位总是为0。
对于那些无法保证这些假设的平台，必须使用一种替代的表示方式。比如，在32位ARM架构中就使用了另一种不同的成员函数指针表示方式，也在此段有描述。

在所有表示方式中，成员函数指针类型的基本ABI属性等价于下面这个结构体，其中fnptr_t是该成员函数所对应的合适的函数指针类型：

struct {
  fnptr_t ptr;
  ptrdiff_t adj;
};

非虚成员函数的成员函数指针表示为：ptr，其被设置为指向该函数的指针，使用的是基础ABI的函数指针表示方式。

在标准表示中，虚函数的成员函数指针表示为：ptr，其被设置为1加上函数在虚表中的入口偏移量（以字节为单位），然后将该值转换为函数指针，就像通过reinterpret_cast<fnptr_t>(uintfnptr_t(1 + offset))，其中uintfnptr_t是与fnptr_t大小相同的无符号整数类型。

在这两种情况下，adj存储的是在调用之前必须加到this指针上的字节偏移量。

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非虚函数的成员函数指针：

ptr：指向该函数的指针
adj：以字节为单位，表示调用前必须加到this指针上的偏移量。

虚函数的成员函数指针：

ptr：1加上该函数在虚表中的条目偏移（以字节为单位），然后将其转换为函数指针。（reinterpret_cast<fnptr_t>(uintfnptr_t(1 + offset))）
adj：以字节为单位，表示调用前必须加到this指针上的偏移量。

在标准表示中，一个空成员函数指针表示为：ptr，其被设置为空指针。对于空成员函数指针，adj的值未指定。

标准表示法依赖于一些假设，这些假设在大多数平台上都成立：

指向非静态成员函数的函数指针的最低位从不会被设置（即始终为0）：在大多数平台上，这一点要么始终成立，要么以极小的代价就可以实现。例如，在那些将函数指针仅视为函数首条指令地址的平台上，实现可以确保该地址始终具有足够的对齐，从而使得对于非静态成员函数而言，其最低位为零；这往往是底层体系结构所要求的。
一个空函数指针可以与一个虚表偏移量区分开来：在大多数平台上，这总是成立的，因为空函数指针的值是零。
指向虚表条目的偏移量永远不会是奇数：在大多数平台上，由于体系结构以字节为寻址单位，并且指针大小为偶数，所以虚表条目的大小也是偶数。
只要知道虚表条目的地址以及虚函数的类型，就可以执行虚调用：在大多数平台上，虚表条目等价于一个函数指针，并且该函数指针的类型可以从成员函数指针类型中确定。

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只要知道虚表条目的地址以及虚函数的类型，就可以执行虚调用

知道虚函数类型就知道该怎么将其转换为函数指针类型

然而，也有例外情况。例如，在32位ARM架构中，函数指针的最低位用于决定该函数是否以THUMB模式开始。这种平台必须使用一种替代的表示方式。

在32位ARM的表示方式中，存储于adj中的this指针调整值会被左移一位，adj的最低位用于指示ptr是一个函数指针（包括空指针），还是一个虚表条目的偏移量。一个虚成员函数指针会将ptr设置为虚表条目的偏移量，其行为等价于执行reinterpret_cast<fnptr_t>(uintfnptr_t(offset))。一个空的成员函数指针会将ptr设置为一个空函数指针，并且必须确保adj的最低位被清零；adj的高位值则不作规定。

一个成员函数指针在以下条件下被视为null：其ptr等于一个空函数指针，并且（仅当使用32位ARM表示法时）adj的最低位是清零的。

两个成员函数指针相等的条件是：它们都是空指针，或者它们各自的ptr和adj值完全相等。请注意，C++标准并不要求指向同一个虚成员函数的成员指针在比较时必须相等；采用此ABI的实现会让它们相等，但前提是这些成员指针是通过相同的虚表偏移构建的，而在存在多重继承或使用协变返回类型重写函数的情况下，这种偏移可能并不一致。

成员函数指针的“基类到派生类”（向下转换）或“派生类到基类”（向上转换）的转换可以通过在存储的this调整值（即adj）上分别加/减基类在派生类中的静态偏移量来实现。在标准表示中，这仅意味着将该偏移量加到adj上；在32位ARM表示中，该加数必须先左移一位。由于该调整并不影响成员函数指针是否为空，因此在执行转换时可以无条件地进行此加法。

函数调用的执行方式如下：

1.将存储的调整值加到this地址上；
2.如果成员指针存储的是虚表项的偏移量，则从调整后的this地址中加载虚表，并调用存储偏移量位置处的虚表项；
3.否则，调用存储的函数指针。

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