3. C++ Expert

Expert C++

也称为成员指针，不是this指针！一般地，指向成员的指针定义语法如下：

// 指向数据成员的语法
type ClassName::*your_pointer_name ＝ &ClassName::member;
// 指向成员函数的语法
type (ClassName::*your_pointer_name)(parameters list) [const] = &ClassName::method;

我们可以看到这里的语法设置的合理性，既然是类的，那就加个类解析符即可。使用成员指针有几点要注意：

1）成员指针的使用不能违背类的访问原则，即其只能访问类的公有成员部分；

2）当成员函数为 const 时，成员指针的定义后面也要加上const；

3）成员指针其本身相当于一个变量，需要存储空间（但有些特殊，后续会再探讨）；

4）成员指针不能作算术运算（暂时的实验结果）；

5）成员指针必须通过对象来访问，访问的运算符有 .* 和 ->*；

6）访问成员函数时，整体需要用括号括起来，即 (object.*pfunc)() 或 (object->*pfunc)()；

7）当访问重载函数时，语法形式不变，编译器会帮我们自动选择。

A a;
int A::*pData = &A::a;
a.*pData = 1;    // 等同于 a.a=1
pData = &A::b;
a.*pData = 2;    // 等同于 a.b=2


void (A::*pFunc)() = &A::func;
(a.*pFunc)();    // 等同于 a.func()


A* p = new A;    // 对指针类型对象来说
p->*pData = 3;   // 访问成员指针需要用->
(p->*pFunc)();

成员指针有点特殊，它不是一般的指针。对于指向数据的成员指针，其大小和一般指针一样，但其含义不太一样。对于指向成员函数的成员指针，在32位平台上它占8个字节，而在64位平台上占16个字节，这个我们可以通过 sizeof 很容易测得。

成员指针到底有何不同？在 Itanium C++ ABI 里有这样一段解释：

一个指向数据成员的指针，它的类型是 ptrdiff_t，它里面存储的是该数据成员相对对象在内存中地址的偏移，其大小和对齐属性和 ptrdiff_t 一样（8字节）。－1表示是空指针。

一个指向成员函数的指针拥有两个域（16字节），其含义如下：

ptr: 对于非虚函数，这个域是个简单的函数指针（在当前基本的 Itanium psABI 约定中，这个指针存储函数的地址）。对于虚函数，其值是 1 加上该函数在虚函数表中的偏移（以字节为单位），其类型也是 ptrdiff_t。0 表示空指针，它和下面的用于调整的域 adj 的值无关。
adj: 这个域是用来调整 this 指针的，其类型也是 ptrdiff_t。

ptrdiff_t 在内部的定义如下：typedef long int ptrdiff_t;

likely/unlikely

C++原子操作

原子操作的来源是因为代码语句可能会拆成几条CPU指令执行，在多线程时带来不确定性，而引入不可分割的原子操作就能保证结果确定

在C++11的中有两种做法: 目前只提供了基本类型的原子操作

1. 模拟, 比如说对于一个atomic类型，我们可以给他附带一个mutex，操作时lock/unlock一下，这种在多线程下进行访问，必然会导致线程阻塞；
2. 有相应的CPU层级的对应，这就是一个标准的lock-free类型；
可以通过is_lock_free函数，判断一个atomic是否是lock-free类型

使用原子操作模拟互斥锁的行为就是自旋锁，互斥锁状态是由操作系统控制的，自旋锁的状态是程序员自己控制的；要搞清楚自旋锁我们首先要搞清楚自旋锁模型，常用的自旋锁模型有：

1. TAS, Test-and-set，有且只有atomic_flag类型与之对应
2. CAS, Compare-and-swap，对应atomic的compare_exchange_strong 和 compare_exchange_weak，这两个版本的区别是：Weak版本如果数据符合条件被修改，其也可能返回false，就好像不符合修改状态一致；而Strong版本不会有这个问题，但在某些平台上Strong版本比Weak版本慢 [注:在x86平台我没发现他们之间有任何性能差距]；绝大多数情况下，我们应该优先选择使用Strong版本；

我针对这两种模型分别实现了两个版本的自旋锁，最终代码可以在性能测试章节中找到，这里我们要注意以下问题：

LOCK时自旋锁是自己轮询状态，如果不引入中断机制，会有大量计算资源浪费到轮询本身上；常用的做法是使用yield切换到其他线程执行，或直接使用sleep暂停当前线程.

无锁编程

如果看了CAS实现的自旋锁代码会发现其有些别扭：每次都需要去重置exp的状态为false；CAS虽然也能实现自旋锁，但通常被我们用来进行无锁编程；什么是无锁编程呢，让我们以一个例子开始: