C++類別成員函數中的名字查詢問題

2022-11-25 14:00:24

C++類別成員函數中的名字查詢

在C++類別的成員函數中，名字查詢是按照由內到外進行的。首先查詢成員函數中的名字，之後再查詢類中定義的名字，最後查詢類外定義的名字。

查詢順序

自定義類MyClass程式碼如下

int i = 1;
class MyClass {
  public:
    int i = 2;
    void myFunc() {
      int i = 3;
      int j = i;
   }
};

其中，在MyClass類的成員函數myFunc()中使用了變數i，而在myFunc()函數、MyClass類以及類外都定義了變數i，此時myFunc()成員函數會根據由內向外的順序對i進行查詢，即此時j的值應該是3。

使用指定的名字

使用類的變數

在myFunc()中如果需要使用類myFunc()函數的變數i，可以進行如下定義

int j = MyClass::i;

或者

int j = this->i;

此時，表示使用MyClass中定義的變數i，j的值是2。

使用類外變數

在myFunc()中如果需要使用類外定義的變數i，可以進行如下定義

int j = ::i;

此時，j的值是1。

C++名字查詢與類的作用域

每個類都會定義它自己的作用域。在類的作用域之外，普通的資料和函數成員只能由物件、參照或者指標使用成員存取運運算元來存取。對於類型別成員則使用作用域運運算元存取。不論哪種情況，跟在運運算元之後的名字都必須是對應類的成員。

Screen::pos ht = 24, wd = 80;  // 使用 Screen 定義的 pos 型別
Screen scr(ht, wd, ' ');
Screen *p = &scr;
char c = scr.get();  // 存取 scr 物件的 get 成員
c = p->get();  // 存取 p 所指物件的 get 成員

作用域和定義在類外部的成員

類的作用域 (class scope) 每個類定義一個作用域。類作用域比其他作用域更加複雜，類中定義的成員函數甚至有可能使用定義語句之後的名字。

一個類就是一個作用域，我們在類的外部定義成員函數時必須同時提供類名和函數名。在類的外部，成員的名字被隱藏起來了。一旦遇到了類名，定義的剩餘部分就在類的作用域之內了，這裡的剩餘部分包括參數列和函數體。結果就是，我們可以直接使用類的其他成員而無須再次授權了。

void Window::clear(ScreenIndex i)
{
    Screen &s = screens[i];
    s.contents = string(s.height * s.width, ' ');
}

編譯器在處理參數列之前已經明確了我們當前正位於 Window 類的作用域中，所以不必再專門說明 ScreenIndex 是 Window 類定義的。出於同樣的原因，編譯器也能知道函數體中用到的 screens 也是在 Window 類中定義的。

函數的返回型別通常出現在函數名之前。因此當成員函數定義在類的外部時，返回型別中使用的名字都位於類的作用域之外。這時，返回型別必須指明它是哪個類的成員。我們可能向 Window 類新增一個新的名為 add_screen 的函數，它負責向顯示器新增一個新的螢幕。這個成員的返回型別將是 ScreenIndex，使用者可以通過它定位到指定的 Screen。

class Window {
public:
    // 向視窗新增一個 Screen，返回它的編號
    ScreenIndex add_screen(const Screen &);
    ......
};

// 首先處理返回型別，之後我們才進入 Window 的作用域
Window::ScreenIndex
Window::add_screen(const Screen &s)
{
    screens.push_back(s);
    return screens.size() - 1;
}

因為返回型別出現在類名之前，所以事實上它是位於 Window 類的作用域之外的。在這種情況下，要想使用 Screenlndex 作為返回型別，我們必須明確指定哪個類定義了它。

名字查詢與類的作用域

名字查詢 (name lookup) (尋找與所用名字最匹配的宣告的過程) 的過程比較直截了當。

首先，在名字所在的塊中尋找其宣告語句，只考慮在名字的使用之前出現的宣告。
如果沒找到，繼續查詢外層作用域。
如果最終沒有找到匹配的宣告，則程式報錯。

對於定義在類內部的成員函數來說，解析其中名字的方式與上述的查詢規則有所區別，不過在當前的這個例子中體現得不太明顯。

類的定義分兩步處理：

首先，編譯成員的宣告。
直到類全部可見後才編譯函數體。

編譯器處理完類中的全部宣告後才會處理成員函數的定義。按照這種兩階段的方式處理類可以簡化類程式碼的組織方式。因為成員函數體直到整個類可見後才會被處理，所以它能使用類中定義的任何名字。

名字查詢 (name lookup) 是根據名字的使用尋找匹配的宣告的過程。

用於類成員宣告的名字查詢

這種兩階段的處理方式只適用於成員函數中使用的名字。宣告中使用的名字，包括返回型別或者參數列中使用的名字，都必須在使用前確保可見。如果某個成員的宣告使用了類中尚未出現的名字，則編譯器將會在定義該類的作用域中繼續査找。

typedef double Money;
std::string bal;

class Account {
public:
    Money balance() { return bal; }

private:
    Money bal;

};

當編譯器看到 balance 函數的宣告語句時，它將在 Account 類的範圍內尋找對 Money 的宣告。編譯器只考慮 Account 中在使用 Money 前出現的宣告，因為沒找到匹配的成員，所以編譯器會接著到 Account 的外層作用域中查詢。在這個例子中，編譯器會找到 Money 的 typedef 語句，該型別被用作 balance 函數的返回型別以及資料成員 bal 的型別。balance 函數體在整個類可見後才被處理，該函數的 return 語句返回名為 bal 的成員，而非外層作用域的 std::string 物件。

型別名要特殊處理

內層作用域可以重新定義外層作用域中的名字，即使該名字已經在內層作用域中使用過。然而在類中，如果成員使用了外層作用域中的某個名字，而該名字代表一種型別，則類不能在之後重新定義該名字。

typedef double Money;

class Account {
public:
    Money balance() { return bal; }  // 使用外層作用域的 Money

private:
    typedef double Money;  // 錯誤：不能重新定義 Money
    Money bal;
};

需要特別注意的是，即使 Account 中定義的 Money 型別與外層作用域一致，上述程式碼仍然是錯誤的。儘管重新定義型別名字是一種錯誤的行為，但是編譯器並不為此負責。一些編譯器仍將順利通過這樣的程式碼，而忽略程式碼有錯的事實。型別名的定義通常出現在類的開始處，這樣就能確保所有使用該型別的成員都出現在類名的定義之後。

成員定義中的普通塊作用域的名字查詢

成員函數中使用的名字按照如下方式解析：

首先，在成員函數內查詢該名字的宣告。和前面一樣，只有在函數使用之前岀現的宣告才被考慮。
如果在成員函數內沒有找到，則在類內繼續査找，這時類的所有成員都可以被考慮。
如果類內也沒找到該名字的宣告，在成員函數定義之前的作用域內繼續查詢。

一般來說，不建議使用其他成員的名字作為某個成員函數的引數。為了更好地解釋名字的解析過程，我們不妨在 dummy_fcn 函數中暫時違反一下這個約定。

// 這段程式碼僅為了說明而用，不是一段很好的程式碼
// 通常情況下不建議為引數和成員使用同樣的名字

int height;  // 定義了一個名字，稍後將在 Screen 中使用

class Screen {
public:
    typedef std::string::size_type pos;
    void dummy_fcn(pos height) {
        cursor = width * height; // height 是那個引數
    }

private:
    pos cursor = 0;
    pos height = 0, width = 0;
};

當編譯器處理 dummy_fcn 中的乘法表示式時，它首先在函數作用域內查詢表示式中用到的名字。函數的引數位於函數作用域內，因此 dummy_fcn 函數體內用到的名字 height 指的是引數宣告。在此例中，height 引數隱藏了同名的成員。如果想繞開上面的查詢規則，應該將程式碼變為：

// 不建議的寫法：成員函數中的名字不應該隱藏同名的成員
void Screen::dummy_fcn(pos height) {
    cursor = width * this->height;  // 成員 height
    // 另外一種表示該成員的方式
    cursor = width * Screen::height;  // 成員 height
}

儘管類的成員被隱藏了，但我們仍然可以通過加上類的名字或顯式地使用 this 指標來強制存取成員，其實最好的確保我們使用 height 成員的方法是給引數起個其他名字。

// 建議的寫法：不要把成員名字作為引數或其他區域性變數使用
void Screen::dummy_fcn(pos ht) {
    cursor = width * height；  // 成員 height
}

在此例中，當編譯器查詢名字 height 時，顯然在 dummy_fcn 函數內部是找不到的。編譯器接著會在 Screen 內查詢匹配的宣告，即使 height 的宣告出現在 dummy_fcn 使用它之後，編譯器也能正確地解析函數使用的是名為 height 的成員。

類作用域之後，在外圍的作用域中查詢

如果編譯器在函數和類的作用域中都沒有找到名字，它將接著在外圍的作用域中查詢。在我們的例子中，名字 height 定義在外層作用域中，且位於 Screen 的定義之前。然而，外層作用域中的物件被名為 height 的成員隱藏掉了。如果我們需要的是外層作用域中的名字，可以顯式地通過作用域運運算元來進行請求。

// 不建議的寫法：不要隱藏外層作用域中可能被用到的名字
void Screen::dummy_fcn(pos height) {
    cursor = width * ::height;  // height 是哪個全域性的
}

儘管外層的物件被隱藏掉了，但我們仍然可以用作用域運運算元存取它。

在檔案中名字的出現處對其進行解析

當成員定義在類的外部時，名字査找的第三步不僅要考慮類定義之前的全域性作用域中的宣告，還需要考慮在成員函數定義之前的全域性作用域中的宣告。

int height;  // 定義了一個名字，稍後將在 Screen 中使用

class Screen {
public:
    typedef std::string::size_type pos;
    void setHeight(pos);
    pos height = 0;  // 隱藏了外層作用域中的 height
};

Screen::pos verify(Screen::pos);

void Screen::setHeight(pos var) {
    // var: 引數
    // height: 類的成員
    // verify: 全域性函數
    height = verify(var);
}

全域性函數 verify 的宣告在 Screen 類的定義之前是不可見的。名字査找的第三步包括了成員函數出現之前的全域性作用域。在此例中，verify 的宣告位於 setHeight 的定義之前，因此可以被正常使用。

以上為個人經驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支援it145.com。

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