为什么指向函数的指针大小与指向成员函数的指针大小不同？

Question

指针只是一个地址吗？或者我错过了什么？

我测试了几种类型的指针：

• 指向任何变量的指针是相同的（我平台上的8B）
• 指向函数的指针大小相同，作为指向变量的指针（8B再次）
• 指向具有不同参数的函数的指针 - 仍然相同（8B）

但是指向成员函数的指针更大 - 我的平台上有16B。

三件事：

1. 为什么指向成员函数的指针更大？他们需要更多信息？
2. 据我所知，标准没有说明指针的大小，除了void*必须能够“包含”任何指针类型。换句话说，任何指针都必须能够转换为void*，对吧？如果是这样，那么为什么sizeof( void* )是8，而sizeof指向成员函数的指针是16？
3. 是否还有其他指针示例，它们具有不同的大小（我的意思是，对于标准平台，不是一些稀有和特殊的平台）？

Answer 1

编辑：所以我注意到这几个月后我仍然得到了投票，尽管我原来的答案很糟糕且误导（我甚至不记得我当时在想什么，而且它没有多大意义！）所以我想我会尝试澄清情况，因为人们仍然必须通过搜索来到这里。

在最正常的情况下，你几乎可以想到

struct A {
    int i;
    int foo() { return i; }
};

A a;
a.foo();

如

struct A {
    int i;
};
int A_foo( A* this ) { return this->i; };

A a;
A_foo(&a);

（开始看起来像C，对吗？）所以你会认为指针&A::foo与普通函数指针相同。但是有一些复杂问题：多重继承和虚函数。

所以想象我们有：

struct A {int a;};
struct B {int b;};
struct C : A, B {int c;};

它可能是这样的：

正如你所看到的，如果你想用A*或C*指向对象，你指向开始，但如果你想用B*指向它，你必须指向中间的某个地方。

因此，如果C从B继承了一些成员函数并且你想指向它然后在C*上调用函数，它需要知道调整this指针。这些信息需要存储在某个地方。所以它与函数指针混在一起。

现在，对于每个具有virtual函数的类，编译器都会创建一个名为虚拟表的列表。然后它将一个额外的指针添加到该类（vptr）。所以对于这个类结构：

struct A
{
    int a;
    virtual void foo(){};
};
struct B : A
{
    int b;
    virtual void foo(){};
    virtual void bar(){};
};

编译器最终可能会像这样：

因此，指向虚函数的成员函数指针实际上需要是虚拟表的索引。因此，成员函数指针实际上需要1）可能是函数指针，2）可能调整this指针，以及3）可能是vtable索引。为了保持一致，每个成员函数指针都需要能够满足所有这些要求。因此，指针的8字节，调整的4字节，索引的4字节，16字节总数。

我相信这在编译器之间实际上有很大不同，并且有很多可能的优化。可能没有人像我描述的那样实际实现它。

有关详细信息，请参阅this（滚动到“成员函数指针的实现”）。

Answer 2

基本上是因为他们需要支持多态行为。查看Raymond Chen的精彩article。

Answer 3

可以在这里找到一些解释：The underlying representation of member function pointers

尽管指向成员的指针表现得像普通指针，但在幕后它们的表现形式却截然不同。事实上，指向成员的指针通常由一个结构组成，在某些情况下最多包含四个字段。这是因为指向成员的指针不仅要支持普通的成员函数，还要支持虚拟成员函数，具有多个基类的对象的成员函数以及虚基类的成员函数。因此，最简单的成员函数可以表示为一组两个指针：一个保存成员函数的物理内存地址，另一个指针保存该指针。但是，在虚拟成员函数，多继承和虚拟继承的情况下，指向成员的指针必须存储其他信息。因此，您不能将指向成员的指针转换为普通指针，也不能安全地在指向不同类型成员的指针之间进行转换。大段引用

Answer 4

我猜它与this指针有关...也就是说，每个成员函数也必须有它们所在类的指针。然后指针使函数的大小更大一些。

Answer 5

将成员函数指针表示为{this, T (*f)()}的一些主要原因是：

• 它在编译器中的实现比实现T (*f)()的成员函数指针更简单
• 它不涉及运行时代码生成，也不涉及额外的簿记
• 与T (*f)()相比，它的表现相当不错
• C ++程序员对成员函数指针大小的要求不足以等于sizeof(void*)
• 执行期间运行时代码生成事实上是目前C ++代码的禁忌