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深入理解C++对象模型

[日期:2016-10-07] 来源:Linux社区  作者:luoxn [字体: ]

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?

Windows7 vs2013测试结果:

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CentOS7 64位 vim测试结果:

深入理解C++对象模型

  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:

深入理解C++对象模型

  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:

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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:

深入理解C++对象模型

  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

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