深度探索 C++ 對象模型（七）：成員函數語義——非靜態、靜態與虛函數的內部運作

第四章探討函數語義。C++ 支援三種成員函數：靜態、虛、非靜態。各自調用方式與作用不同，但內部運作機制值得深入理解。

非靜態成員函數：效率迷思與現實

成員函數用於封裝與隱藏資料，但效率是否較外部函數高？

// 外部函數
float magnitude3d(const Point3d* _this) { ... }

// 成員函數
float Point3d::magnitude3d() const { ... }

表面上成員函數直接存取成員，效率似乎較高。實際上編譯器將其轉換為外部函數：

1. 加入 this 指標參數。
2. 非靜態資料成員存取改為 this->member。
3. 函數名稱重整（name mangling）保證唯一性。

// 轉換後偽碼
magnitude3d__7Point3dFv(register Point3d* const this) {
    return sqrt(this->_x * this->_x + this->_y * this->_y + this->_z * this->_z);
}
// 調用轉換
obj.magnitude3d()  -->  magnitude3d__7Point3dFv(&obj);

結論：兩者效率相同（兩個鐵球同時落地）。

靜態成員函數：無 this 指標

• 不需透過對象調用，無 this 指標。
• 不能直接存取非靜態成員。
• 不可聲明為 virtual、const、volatile。
• 取得地址為函數實際位址（非成員函數指標）。
• 本質上等同非成員函數，但受類作用域限制。

C++ 引入靜態成員函數解決：靜態資料成員需提供存取函數，但該函數不應綁定於對象。

虛函數：多態的核心機制

虛函數實現執行期多態。模型：

• 每個類擁有虛函數表，含有效虛函數位址。
• 對象含指向虛函數表的指標（vptr）。
• 基類指標可指向派生類對象：Point* ptr = new Point3d;
• 呼叫 ptr->z() 時，編譯器透過 vptr 查找虛函數表中 z() 的固定索引位置，調用正確實體。

虛函數表構建細節

• 未覆寫的基類虛函數：位址複製到派生類虛函數表。
• 每個虛函數在整個繼承體系有固定索引值。
• 純虛函數條目指向 pure_virtual_called()。

單一繼承下的效率

單一繼承體系中，虛函數機制極高效。判斷類是否支援多態，只需檢查是否有虛函數。