本文配套有各种情况下的内存布局测试代码,大部分插图来自于他人.
空类的大小不是0,C++编译器为空类安插一个字节.
因为C++不允许占用0字节的对象出现,所有对象都必须能够用内存地址定位.
简单类内的函数和变量布局如下:
| 成员种类 | 布局方式 | 访问方式 |
|---|---|---|
| non-static member object | 跟随类对象 | this指针 |
| non-static member function | 跟随类对象 | 不使用指针,由编译器处理 |
| static member object | 跟随类,独立存在 | |
| static member function | 跟随类,独立存在 | 不使用指针,由编译器处理 |
内存布局与c语言几乎相同.
简单继承指不涉及到虚函数和多重继承.
子类对象含有父类对象的成员变量,并且布局上父类成员更靠前.
class A
{
public:
A(int a1=0,int a2=0);
void A1();
protected:
int a1;
int a2;
};
class B :public A
{
public:
B(int a1=0,int a2=0,int b1=0);
void B1();
protected:
int b1;
};
虚函数用于支持多态,子类和父类之间的虚函数调用都有自己的版本.C++需要一张表,动态的维护表格里的虚函数,类对象调用虚函数时都要访问这张表,来对自己对应的虚函数寻址.这也是C++面向对象的主要开销之一.
class A
{
public:
A(int a1=0,int a2=0){}
virtual void A1(){c}
virtual void A2();
virtual void A3();
protected:
int a1;
int a2;
};
由于虚函数的存在,子类也要维护一个虚函数表.大体上,虚函数表指针在类对象的首部,后面依次是父类和子类的成员变量.
如果子类没有覆盖父类虚函数,而且有自己的虚函数,那么父类和子类的虚函数依次出现在虚函数表里;如果发生了覆盖虚函数,那么虚函数表只有子类虚函数或者父类虚函数.
每次各种构造函数调用时,都会在执行第一行代码之前设置好虚函数表.这也是为什么,只要成员变量有构造函数或者虚函数,父类就必须生成一个构造函数,并在内部先调用子类的构造函数.
class B :public A
{
public:
B(int a1=0,int a2=0,int b1=0);
virtual void B1();
virtual void A2();
virtual void B2();
protected:
int b1;
};
所有父类都存在与子类对象内存布局中,并且都有各自的一份虚函数表指针.
如果子类有自己的虚函数,那么这个虚函数放在第一个父类的虚函数表里.
如果子类覆盖了虚函数,那么所有父类的虚函数表里都会被改写.
class Base
{
public:
Base(int i) :baseI(i){};
virtual ~Base(){}
int getI(){ return baseI; }
static void countI(){};
virtual void print(void){ cout << "Base::print()"; }
private:
int baseI;
static int baseS;
};
class Base_2
{
public:
Base_2(int i) :base2I(i){};
virtual ~Base_2(){}
int getI(){ return base2I; }
static void countI(){};
virtual void print(void){ cout << "Base_2::print()"; }
private:
int base2I;
static int base2S;
};
class Drive_multyBase :public Base, public Base_2
{
public:
Drive_multyBase(int d) :Base(1000), Base_2(2000) ,Drive_multyBaseI(d){};
virtual void print(void){ cout << "Drive_multyBase::print" ; }
virtual void Drive_print(){ cout << "Drive_multyBase::Drive_print" ; }
private:
int Drive_multyBaseI;
};
菱形继承中,会出现子类对象含有两份祖父类对象的成员,这样会出现内存浪费和二义性的问题.所以C++提出了虚拟继承,来规避这个错误.
虚继承的特点是，在任何派生类中的virtual基类总用同一个（共享）对象表示.
虚拟继承通过虚基类表指针来实现这一点.这个指针指向一张虚基类表,虚基类表包含这些数据:
- 虚基类表指针相对于对象首地址的偏移量
- 最左虚基类,第二虚基类,第三,..,最右虚基类相对于虚基类表指针的偏移量.
很遗憾的是,我并没有研究好这个问题.我的实验代码里,根本没有观察到虚基类表里的数据,我怀疑这个是编译器和平台相关的,所以不打算在研究下去了.