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解析C++/CLI之头文件、内联函数与数组
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头文件与函数声明

  在传统C++的设计与实现中,你可对需建模的每种类型进行定义,并把定义放在各自的头文件中;而头文件中,一般会包含类型名、成员名、及相关小型成员函数的内联定义。

  与各个单独编译的源文件是通过头文件来共享信息不同,在C++/CLI中,这些信息是通过程序集来共享的。就拿常举例的Point类来说,它单独编译,并生成了一个名为"Point.dll"的程序集。任何需要某种类型定义的应用程序,都必须编译和链接带有此类型的程序集,这同时也要求此DLL形式的程序集中有完整的类型定义;同样,在类型中所有声明的函数也必须被定义,否则,链接器将会报告错误。

  举例来说,你可以在Point类中声明成员函数GetHashCode,并在类外定义它,但必须在同一源文件中(见例1)。但是,若把此成员函数的定义放在一个单独的源文件中却不行,即便源文件是作为同一程序集的输入、与Point.cpp同时编译也不行,因为编译这样一个文件需要访问程序集Point.dll,而这正好是此编译过程要生成的程序集。(此处假定在函数定义时未使用inline,这将在后面讨论。)

  例1:

public ref class Point
{
...
virtual int GetHashCode() override;
};

int Point::GetHashCode() override
{
return X ^ (Y << 1);
}

  在编译及链接任何程序集时,都隐含不使用头文件,且程序集所依赖的所有其他程序集都必须是已编译及链接过的。

  内联函数

  在Point中,每个成员函数的定义都有意写成了inline(内联),除了增加定义的灵活性外,还可把代码保持在同一源文件中,使成员函数不能在类型定义本身之外的另一文件中被定义。

  编写内联函数的传统方法是把某个函数都声明为inline,其对编译器来说是一个提示,让编译器在适当的时候对它进行内联化处理,是典型的以空间换时间做法。然而,在头文件定义中使用内联函数,这种形式的优化对编译来说,却非常有限。当Point类编译时,编译器会把类型内部对成员函数的调用内联化,例如,Point定义中所有X与Y属性的get与set方法都会被内联化。

  那么,如果要在其他程序集的代码中使用Point,又会怎么样呢?所有对Point成员函数的调用都会因此内联化吗?理论上来说,是的,毕竟,为编译应用程序代码,编译器需要访问Point程序集,故此它非常清楚既定的成员函数是怎样实现的,由此也会允许对这些函数的引用进行优化。

  来看一下GetHashCode,从它简单的内容来看,似乎很适合进行内联化。现假定从外部另一程序集中对它的所有调用都是内联化的,那么,接下来,编译器很可能会使用不同的算法重新实现此函数。但如果未重新生成此外部程序集,它将会继续使用内联的hashcode算法,而不是新的版本。因为这通常都不是所期望发生的行为,所以要尽量避免跨程序集边界的内联,那么,也就不会对X与Y属性那些不重要的get与set方法进行内联了。

  可幸的是,优化还可在编译之外进行,比如说,在最简单的执行模式中,每次一个程序只要一运行,它的CIL指令就会被执行。然而,一个即时编译器(JIT)会识别出特定的编码范式,并进行各种优化,其中就包含了代码内联。而那些大型、复杂的程序,会在每次安装时,都编译为本地代码,以这种方法,就不必在每次程序执行时,进行优化了。

  GetHashCode的定义是没有声明为内联的,如果声明了,那对此头文件的多个包含,会导致同一名称的多次定义,就别指望链接器不会提出"抗议"了。但是要知道,这种方法是用于程序集而不是头文件的,所以一般不会产生此类错误,在程序集中只有这个函数的唯一定义。一般说来,在上下文中使用inline,出于自愿而不是强迫,事实上,在本例中,是不可使用的,因为声明为override的任何函数,都不能再标上inline。

  遵从CLS

  如果属性中的set与get方法使用了与众不同的可访问性,那么,就会阻碍语言间协同工作的能力。CLI的其中一个目标就是在无须主动请求的情况下,提升语言间的互操作性,为此,它定义了一个通用语言规范(CLS [1])和一套CLS规则,例如,第25条规则写明:"属性之访问性存取程序应为一致。"

  当为CLI环境下实现一种类型时,需要考虑,是否导出了类型的多个方面,如成员函数签名等等,举例来讲,并不是所有基于CLI的语言都支持无符号整数及指针类型,又或只有一小部分语言能理解const与volatile。

  CLS要求不具备某种特性的语言也能以函数调用的语法,来访问它们,正因为这个原因,属性X的存取程序在元数据中被各自称为get_X与set_X,类似地,对操作符函数,也有相应的元数据名,所以它们也能被那些没有操作符重载概念的语言所调用。