深入理解C++对象模型
C++对象模型是比较重要的一个知识点，学习C++对象的内存模型，就可以明白C++中的多态原理、类的初始化顺序问题、类的大小问题等。
1 C++对象模型基础
1.1 C++对象中都有哪些东东
C++对象中包括以下内容：
- 静态常量
- 成员变量
- 成员函数
- 虚函数
- 纯续函数
- ...
以下是一个对象的定义：
class Base { static int b_s; public: void function() { } virtual void v_function() { cout << "Base v_function()" << endl; } private: int b_a; int b_b; };
1.2 一个C++对象有多大
假如使用Base类作为测试，那Base类在内存中占用几个字节呢？
window7 vs2013测试结果：
centos7 64位 vim测试结果：
通过以上两个测试结果图分析可知，一个类的占用内存大小由以下成员决定：
- 其非静态成员的总和大小
- 加上任何由于对齐的需求而填补(padding)上去的空间
- 如果类中只有非静态成员，比如char c; 则其大小为1。
- 如果除了char c;外，还有int a; 则其大小为8
- 加上为了支持virtual而由内部产生的额外负担
1.3 C++中一些重要的语法糖
- 静态常量整数成员(double就不行)在class内部直接初始化
- 静态成员只能在类外初始化，且初始化时不加static
- 基类够构造函数中调用virtual函数实际调用的是基类中的virtual函数(这点和Java不同)
- const成员函数：不修改类成员数据
2 C++对象内存布局
测试代码如下：
#include <iostream> using namespace std; class Base { static int b_s; public: void function() { } virtual void v_function() { cout << "Base v_function()" << endl; } int b_a; int b_b; }; int Base::b_s = 0; int main(int argc, char **argv) { Base base; base.b_a = 1; base.b_b = 2; cout << "size: " << sizeof(base) << endl; int *p = (int *) &base; cout << *p << endl; p++; cout << *p << endl; p++; cout << *p << endl; system("pause"); return 0; }
输出结果为：
输出结果中的1和2为类中b_a和b_b成员的值，11459700表示一个地址，改地址包含有虚表的信息。Base类的大致内存布局如下：
2.1 一个空类大小为多少呢
class Empty { }; int main(int argc, char **argv) { Empty empty; Empty emptys[10]; cout << sizeof(empty) << endl; cout << sizeof(emptys) << endl; system("pause"); return 0; }
输出结果为：
空类中什么都没有，但是定义一个空类类型的变量(实例)，每个实例在内存中都有一个独一无二的地址，为了达到这个目的，编译器往往会给一个空类隐含的加一个字节，这样空类在实例化后在内存得到了独一无二的地址。
2.2 C++对象继承体系下的类初始化关系
（1）从太空角度看类初始化顺序
基类初始化 – 子类初始化
（2）从空中角度看类初始化顺序
基类静态成员 – 子类静态成员 – 基类成员变量 –基类构造函数 – 子类成员变量 – 子类构造函数
（3）站到地上看类初始化顺序
基类静态成员 – 子类静态成员 – (设置v_ptr/基类成员变量 ) –基类构造函数 – (设置v_ptr/子类成员变量) – 子类构造函数
3 C++类中的虚表
3.1 虚表指针及虚表结构
- 一个类中有一个虚表指针，指向对应的虚表，一个类只会有一个虚表，每个虚表有多个”插槽”，每个插槽存放一个虚函数的地址。
- 插槽中的内容可以被覆盖，子类如果重写了父类中的虚函数，则插槽中对应位置的数据被覆盖。
- 虚表存放的是虚函数地址，不管该虚函数是public还是private的。
3.2 多重继承下的虚表
多重继承中支持虚函数，其复杂度围绕在第二个以及后继的基类身上，以及“必须在执行期调整this指针”。
class Base1 { public: Base1(); virtual ~Base1(); virtual void speakClearly(); virtual Base1 *clone() const; protected: float data_Base1; }; class Base2 { public: Base2(); virtual ~Base2(); virtual void number(); virtual Base2 *clone() const; protected: float data_Base2; }; class Derived : public Base1, public Base2 { public: Derived(); virtual ~Derived(); virtual Derived *clone() const; protected: float data_Derived; };
3.3 虚拟继承下的虚表结构
关于什么是虚拟继承请点击：虚继承-百度百科。
class Point2d { public: Point2d(float = 0.0, float = 0.0); virtual ~Point2d(); virtual void mumble(); virtual float z(); // ... other code protected: float _x, _y; }; class Point3d : virtual public Point2d { public: Point3d(float = 0.0, float = 0.0, float = 0.0); ~Point3d(); float z(); protected: float _z; };
3.4 虚表指针什么时候赋值
#include <iostream> using namespace std; class Base { public: Base() { cout << "Base()" << endl; show(); int *p = &b; cout << "Base::b: " << p << endl; p--; cout << "Base::vptr: " << *p << endl; cout << "*Base::vptr: " << *(int *)*p << endl; cout << endl; } virtual void show() { cout << "Base::show()" << endl; } public: int b; }; class Derived : public Base { public: Derived() { cout << "Derived()" << endl; show(); int *p = &b; cout << "Derived::b: " << p << endl; p--; cout << "Derived::vptr: " << *p << endl; cout << "*Derived::vptr: " << *(int *)*p << endl; cout << endl; } virtual void show() { cout << "Derived::show()" << endl; } private: int d; }; int main(int argc, char **argv) { Base base; Derived derived; system("pause"); return 0; }
输出结果为：
从输出结果中可以得出，子类在构造过程中虚表指针会被赋值2次。初始化如下：
基类静态成员 – 子类静态成员 – (设置v_ptr/基类成员变量 ) –基类构造函数 – (设置v_ptr/子类成员变量) – 子类构造函数
参考：
1、《深度探索C++对象模型》
