《C++对象模型》读后感——关于对象

c++对象模型

　　C++的对象模型，就是对 C++的新特性所建立的一个模型。简单点来说，它包括对象的内存布局，以及怎么用这个布局。看书上的一个例子：

//C style
typedef struct {
    float x;
    float y;
    float z;
} Point3D;

//Point3D对象的 operations
Point3D Point3D_constructor(Point3D * const this, float x, float y, float z) {
  this->x = x;
  this->y = y;
  this->z = z;
  return this;    
}

void Point3D_print(const Point3D * const pd) {
    printf("(%g, %g, %g )", pd->x, pd->y, pd->z);
}

//C++ normal style
class Point3D {
public:
  float x;
  float y;
  float z;

  Point3D(float x, float y, float z) : x(x), y(y), z(z) {}
  void print() const {
    printf("(%g, %g, %g )", pd->x, pd->y, pd->z);
  }
};
    

　　上面的代码展示了如何在 C 和 C++中实现一个 Point3D。还没有用上继承和虚函数，就可以看出 C++要比 C 语言少写很多代码。但是 C 的代码，我们一看就知道Point3D 需要多少内存，以及内存是如何分布的。而 C++则不一定，下面将讨论3中可能的实现方式。

简单对象模型

typedef struct {
    float *x;
    float *y;
    float *z;
    (*Point3D)(Point3D * const this, float x, float y, float z);
    void (*print)(const Point3D * const this);
} Point3D;

　　这个模型最为简单，把 Point3D 的内存想象为一个表，Point3D 的所有 member 都不直接存放在对象中。而是在表的每一个 slot 存放一个指针，指向其 data member 和 method member。存取 data member 和调用 method member，只需要一个表中的索引号即可。这样很容易确定对象的大小，member 数量*指针大小。但是在取得 member 时会多一层间接性，导致性能损耗，并且增大了对象的代销，不能和 C 语言很好的兼容。但是这个概念被用到了指向成员的指针（pointer-to-member）中。

表格驱动对象模型

typedef struct {
    struct Point3D_Data_Members  *p_data[];  //数组的指针
    void *p_method[];
} Point3D;

struct Point3D_Data_Members {
    float x;
    float y;
    float z;
};

void *Point3D_Method_Members[] = {
    &Point3D_constructor,
    &Point3D_print
};

　　表格驱动的对象模型，将 data members 和 method members 指针分别放在两张表格中，而对象只需要保存这两张表的地址。这种模型，可以确定对象大小始终为两个指针的大小，但是在取得对象 members 时，仍然需要一层间接性。并且和 C 语言的结构体更不兼容了。但是这个观念被运用到了虚函数中。

C++对象模型

　　最后一种模型就和第一处的代码相同了。对象只保存 data members，不保存 method members。成员函数当做普通函数，在使用对象来调用函数时，由编译器调用对应的函数。这样的对象模型是兼容于 C 语言的结构体，不会带来空间的浪费（不用保存成员函数地址，由编译器来调用对应的函数），并且没有那一层间接性，效率上和 C 语言的一样。但是这仅仅是最简单的对象，对于有虚函数和虚继承的对象模型，还要额外的空间和操作来保证这些特性，这些都是编译期可见的。

1. 如果类的继承体系中有虚函数（自身和基类带有虚函数），则会引入一个虚函数表指针（vfptr）。在 VC 中，通常 vfptr 放在对象开头，导致了对 C 语言的不兼容。
2. 如果类的继承体系中有虚继承，则会引入一个虚基类表指针（vbptr）。在 VC 中，通常紧接在 vfptr 之后。

 

C/C++中的类型

　　这一段和 C++的对象模型没有联系。C/C++是一种强类型的语言，每一种变量都有一个明确的类型，以及此类型支持的操作，如果违反类型的操作，会被编译器报错。但是往下一层到汇编或者机器码，根本就没有 C/C++中类型的概念，只是几种长度的内存和指向某块内存的地址。那么 C/C++中的类型究竟是什么？简而言之，就是类型是编译器用来解释这块内存的标记。假如你把一块4字节的内存定义为一个 int 型，那么编译器就会把它解释为一个 int 型的数据；而把同样一块内存定义为 char[4]，编译器就会把它解释为一块存有4个 char 型的内存，你只能在上面调用 char[4]的操作，而不是 int 型的操作。但是 C/C++又支持类型转换，类型转换就是告诉编译器，我想把这块内存当做另一种东西，你以后就换种方式给我解释它。