(一)常规类大小计算

C++类对象计算需要考虑很多东西，如成员变量大小，内存对齐，是否有虚函数，是否有虚继承等。接下来，我将对此举例说明。

以下内存测试环境为Win7+VS2012，操作系统为32位

一、完全空类

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. };
  5. class B : public A{
  6. };
  7. class C : public B{
  8. };
  9. int main() {
  10. A a;
  11. B b;
  12. C c;
  13. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  14. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  15. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  16. return 0;
  17. }

VS类布局图：

运行结果为：

不含任何成员变量，且在一般继承(不含虚继承)情况下，无论是基类还是派生类，所有的类大小均为1。这1个字节的空间是系统为该类的对象创建的一个占位符，表示该对象仅仅是存在而已，而没有实际内容。

二、仅有常规函数，无成员变量类

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. void printA() {
  9. cout<<"Hello A";
  10. }
  11. };
  12. class B :public A{
  13. public:
  14. B(int x=0) {
  15. cout<<"B"<<x<<endl;
  16. }
  17. void printB() {
  18. cout<<"Hello B";
  19. }
  20. };
  21. class C : public B{
  22. public:
  23. C() {
  24. cout<<"C"<<endl;
  25. }
  26. void printC() {
  27. cout<<"Hello C";
  28. }
  29. };
  30. int main() {
  31. A a;
  32. B b;
  33. C c;
  34. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  35. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  36. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  37. return 0;
  38. }

VS类布局图：

运行结果为：

仅包含一般成员函数(即没有虚函数)，不含成员变量时，运行结果和(一)是一样的，系统也只是为对象创建了1个字节的占位符。因此，我们可以得出结论是，一般成员函数不会对类的大小造成影响。

三、含有一般成员变量的类

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. void printA() {
  9. cout<<"Hello A";
  10. }
  11. private:
  12. char Data1[3];
  13. int Data2;
  14. };
  15. class B :public A{
  16. public:
  17. B(int x=0) {
  18. cout<<"B"<<x<<endl;
  19. }
  20. void printB() {
  21. cout<<"Hello B";
  22. }
  23. private:
  24. char Data1[3];
  25. int Data2;
  26. };
  27. class C : public B{
  28. public:
  29. C(int x=0) {
  30. cout<<"C"<<x<<endl;
  31. }
  32. void printC() {
  33. cout<<"Hello C";
  34. }
  35. private:
  36. char Data1[3];
  37. int Data2;
  38. };
  39. int main() {
  40. A a;
  41. B b;
  42. C c;
  43. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  44. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  45. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  46. return 0;
  47. }

VS类结构体为：

运行结果为：

依次继承的三个类中含有相同数量，相同类型的一般成员变量(不含静态成员变量)。此种情况下，类对象大小=基类对象大小+自身成员大小。A当中三个字符变量3个字节，一个整形变量4个字节，考虑内存对齐因素(默认为4)，A类对象大小为8。B类对象大小为A类对象大小基础上再加8，C类对象大小在B类对象大小基础上再加8。

若继承情况为：A、B都是基类，C类同时继承了A、B，结果同样符合上述的累加原则：类C对象的大小=类A对象的大小+类B对象的大小+自身成员大小。如：

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. void printA() {
  9. cout<<"Hello A";
  10. }
  11. private:
  12. char Data1[3];
  13. int Data2;
  14. };
  15. class B{
  16. public:
  17. B(int x=0) {
  18. cout<<"B"<<x<<endl;
  19. }
  20. void printB() {
  21. cout<<"Hello B";
  22. }
  23. private:
  24. char Data1[3];
  25. int Data2;
  26. };
  27. class C : public A, public B{
  28. public:
  29. C(int x=0) {
  30. cout<<"C"<<x<<endl;
  31. }
  32. void printC() {
  33. cout<<"Hello C";
  34. }
  35. private:
  36. char Data1[3];
  37. int Data2;
  38. };
  39. int main() {
  40. A a;
  41. B b;
  42. C c;
  43. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  44. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  45. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  46. return 0;
  47. }

VS类结构图：

运行结果为：

四、含有静态成员变量

在上面例子的基础上，每个类都增加一个静态成员变量：

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. void printA() {
  9. cout<<"Hello A";
  10. }
  11. private:
  12. char Data1[3];
  13. int Data2;
  14. static int Data3;
  15. };
  16. class B: public A {
  17. public:
  18. B(int x=0) {
  19. cout<<"B"<<x<<endl;
  20. }
  21. void printB() {
  22. cout<<"Hello B";
  23. }
  24. private:
  25. char Data1[3];
  26. int Data2;
  27. static int Data3;
  28. };
  29. class C : public B{
  30. public:
  31. C(int x=0) {
  32. cout<<"C"<<x<<endl;
  33. }
  34. void printC() {
  35. cout<<"Hello C";
  36. }
  37. private:
  38. char Data1[3];
  39. int Data2;
  40. static int Data3;
  41. };
  42. int main() {
  43. A a;
  44. B b;
  45. C c;
  46. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  47. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  48. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  49. return 0;
  50. }

运行结果为：

可以看到，类对象大小没有因为增加了静态成员而变化。因为静态成员是属于类成员共有的，不单独属于任何一个对象，对静态成员的存储不会选择在某个对象空间，而是存在于堆当中，因此不会对对象的大小造成影响。

以上情况仅仅只是考虑常规函数，没有虚函数，没有虚继承情况下类对象。之后的文章《C++类对象大小的计算(二)含有虚函数类大小计算》会讨论含有虚函数时的情况。

(二)含有虚函数类大小计算

以下内存测试环境为Win7+VS2012，操作系统为32位

五、包含虚函数的类

包含虚函数的类，对象生成时，会在类对象当中插入一个指针，这个指针称做虚函数表指针，简称虚表指针(vPtr)。该指针指向一个虚函数表(简称虚表)，虚函数表中存储了虚函数的入口地址。基类当中有虚函数时，会产生该虚函数表；创建基类对象，对象中的vPtr会指向该表；调用虚函数时，是通过vPtr在此表当中寻找函数入口地址的。

当派生类继承含有虚函数的子类时，会复制一份虚函数表，派生类如果有与基类中虚函数同名的虚函数，会在虚函数表中覆盖原来基类的虚函数；如果虚函数不重名，只会在虚函数表中增加一个函数入口。这种机制实现了类的多态。

如下面的例子：

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. void printA() {
  9. cout<<"Hello A";
  10. }
  11. };
  12. class B :public A{
  13. public:
  14. B(int x=0) {
  15. cout<<"B"<<x<<endl;
  16. }
  17. virtual void printB() {
  18. cout<<"Hello B";
  19. }
  20. };
  21. class C : public B{
  22. public:
  23. C() {
  24. cout<<"C"<<endl;
  25. }
  26. virtual void printC() {
  27. cout<<"Hello C";
  28. }
  29. };
  30. int main() {
  31. A a;
  32. B b;
  33. C c;
  34. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  35. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  36. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  37. return 0;
  38. }

VS类结构图：

运行结果为：

        类A没有虚函数，因此大小仍然是1。类B因为有虚函数，其对象当中包含了一个vPtr指针，指针指向类B的虚函数表(假设为vTB)，该表中存储了printB的入口地址，因此大小为4。类C因为继承了类B，也就复制了vTB(设为vTC)，其对象中也就包含了指向vTC的虚表指针，该虚表中除了有printB的入口地址外，还包含了printC的入口地址，因此，类C对象大小为4。
 
        考虑另一种情况，类C同时继承了类A、B，类A、B当中都有虚函数。如下面的例子：
  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. virtual void printA() {
  9. cout<<"Hello A";
  10. }
  11. };
  12. class B {
  13. public:
  14. B(int x=0) {
  15. cout<<"B"<<x<<endl;
  16. }
  17. virtual void printB() {
  18. cout<<"Hello B";
  19. }
  20. };
  21. class C : public B, public A{
  22. public:
  23. C() {
  24. cout<<"C"<<endl;
  25. }
  26. void printC() {
  27. cout<<"Hello C";
  28. }
  29. };
  30. int main() {
  31. A a;
  32. B b;
  33. C c;
  34. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  35. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  36. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  37. return 0;
  38. }
VS类结构图：

运行结果为：

类A、B对象的大小按照上面所说的内存很好理解。类C因为同时继承了类A、B，因此就复制了两个虚函数表，也就有了两个vPtr，所以大小为8。如果类C有虚函数，也会放在其中一张虚函数表当中，不会再增加对象大小。
        含有成员变量时，按照《C++类对象大小的计算(一)常规类大小计算》所讲内容加上相应的大小即可。
 
        下面的文章《C++类对象大小的计算(三)含有虚函数、虚继承类大小计算》会讨论增加虚继承时，类对象的大小。
 

以下内存测试环境为Win7+VS2012，操作系统为32位

六、当类中含有虚继承情况时

1. 派生类对象中会添加一个指针，该指针指向虚继承的基类，称为虚类指针(cPtr)。每一个指针只指向其中一个虚继承的类，也就是说，虚继承了几个类，就会有几个cPtr。

2. 父类当中的成员变量、虚函数指针(vPtr)、虚类指针(cPtr)仍然会被复制到派生类当中。但在不同继承模式下，vPtr和cPtr的效果是不同的。

vPtr：普通继承时，子类当中如果有虚函数，会直接在父类的虚函数表中添加或者替换相应的选项；虚继承时，vPtr指向的基类虚表不可以再增加了；如果在派生类添加虚函数，分为三种情况：

情况一：虚函数名称与父类当中的某个虚函数名相同，且派生类含有构造函数，会在结构体中产生一个和虚基类有关的vtordisp指针，该指针作用暂未知。

情况二：虚函数名称与父类当中的某个虚函数名相同，且派生类不含构造函数，会直接修改基类虚函数表，类大小不变。

情况三：虚函数名称与父类当中的任何一个虚函数都不同，需要重新添加一个vPtr，重新产生一个虚函数表，大小就会增加。

cPtr：假设子类D同时继承了父类B和父类C，两个父类都虚继承了类A（A是无任何虚继承的类），根据子类D对B、C继承方式的不同，其cPtr的个数也是不同的

(1). 父类B、C都是普通继承。这种情况下有两个cPtr，分别是从父类B和父类C中继承过来的，且指向虚继承的A。

(2). 父类C是虚继承，B是普通继承时(或相反情况)。普通继承父类B时已经继承过A(有了一个cPtr)，因此在虚继承父类C时，父类C虚继承的类A就不会再次继承，因此不会有第二个cPtr指向A。虚继承父类C也会产生一个cPtr。因此，此种情况下有两个cPtr。

(3). 父类B、C都是虚继承。此时指向类A的cPtr仍然只有一个，另外有两个cPtr指向父类B、C，所以一共有三个cPtr。

下面以几个例子来理解一下上面所说内容：

情况一：类B虚继承类A，类C虚继承类A，类D普通继承类B、C，各类中均不包含虚函数

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. };
  9. class B : virtual public A {
  10. public:
  11. B(int x=0) {
  12. cout<<"B"<<x<<endl;
  13. }
  14. };
  15. class C : virtual public A {
  16. public:
  17. C() {
  18. cout<<"C"<<endl;
  19. }
  20. };
  21. class D : public B, public C {
  22. public:
  23. D() {
  24. cout<<"D"<<endl;
  25. }
  26. };
  27. int main() {
  28. A a;
  29. B b;
  30. C c;
  31. D d;
  32. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  33. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  34. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  35. cout<<"size of d:"<<sizeof(d)<<endl;
  36. return 0;
  37. }

VS类结构图：

运行结果为：

类B、C虚继承了类A，因此都拥有一个cPtr(类图中用vbptr表示)，因此大小为4。类D普通继承了B、C，因此复制了两者的cPtr(都指向类A)，大小为8。

情况二：类B虚继承类A，类C普通继承类A，类A、B、C中都包含有虚函数

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. virtual void printA() {
  9. cout<<"Hello A"<<endl;
  10. }
  11. };
  12. class B :virtual  public A {
  13. public:
  14. B(int x=0) {
  15. cout<<"B"<<x<<endl;
  16. }
  17. virtual void printA() {
  18. cout<<"Hello A"<<endl;
  19. }
  20. };
  21. class C : public A {
  22. public:
  23. C() {
  24. cout<<"C"<<endl;
  25. }
  26. virtual void printA() {
  27. cout<<"Hello A"<<endl;
  28. }
  29. };
  30. int main() {
  31. A a;
  32. B b;
  33. C c;
  34. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  35. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  36. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  37. return 0;
  38. }

VS类结构图：

运行结果为：

类A当中因为有虚函数，存在一个vPtr，因此结果为4。类B复制了类A的vPtr和虚函数表，产生了指向类A的cPtr；因为是类B是虚继承了类A，且类B当中又有与类A中同名的虚函数，因此根据vPtr情况一所示，也就有了一个新的vtordisp指针；共三个指针，因此大小为12。类C是普通继承类A，复制了类A的虚函数表和vPtr，它的虚函数也就添加在了这个虚函数表中，因此也只有一个指针，大小为4。

情况三：类A为空类；类B、C都虚继承了类A；类D普通继承了类B、C；类E普通继承了类B，虚继承了类C；类F虚继承了类B、C，所有类均没有虚函数

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. };
  9. class B :virtual  public A {
  10. public:
  11. B(int x=0) {
  12. cout<<"B"<<x<<endl;
  13. }
  14. };
  15. class C :virtual public A {
  16. public:
  17. C() {
  18. cout<<"C"<<endl;
  19. }
  20. };
  21. class D : public C,  public B {
  22. public:
  23. D() {
  24. cout<<"D"<<endl;
  25. }
  26. };
  27. class E :virtual public C,  public B {
  28. public:
  29. E() {
  30. cout<<"E"<<endl;
  31. }
  32. };
  33. class F :virtual public C, virtual public B {
  34. public:
  35. F() {
  36. cout<<"F"<<endl;
  37. }
  38. };
  39. int main() {
  40. A a;
  41. B b;
  42. C c;
  43. D d;
  44. E e;
  45. F f;
  46. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  47. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  48. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  49. cout<<"size of d:"<<sizeof(d)<<endl;
  50. cout<<"size of e:"<<sizeof(e)<<endl;
  51. cout<<"size of f:"<<sizeof(f)<<endl;
  52. return 0;
  53. }

VS类结构图：

运行结果为：

类A、B、C的大小不做过多讨论；类D直接复制了类B和C当中指向类A的cPtr，因此是两个指针，大小为8；类E中复制了类B当中指向类A的cPtr，继承类C时因为虚继承关系不会再一次继承类A，只会产生一个指向类C的cPtr，因此只有两个指针， 大小为8；类F除了类E中的两个指针外，又产生了指向类B的cPtr，一共三个指针，大小为12。

情况四：情况三包含虚函数时

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A {
  4. public:
  5. A(int x=0) {
  6. cout<<"A"<<x<<endl;
  7. }
  8. virtual void printA() {
  9. cout<<"Hello A"<<endl;
  10. }
  11. };
  12. class B :virtual  public A {
  13. public:
  14. B(int x=0) {
  15. cout<<"B"<<x<<endl;
  16. }
  17. virtual void printB() {
  18. cout<<"Hello B"<<endl;
  19. }
  20. };
  21. class C :virtual public A {
  22. public:
  23. C() {
  24. cout<<"C"<<endl;
  25. }
  26. virtual void printC() {
  27. cout<<"Hello C"<<endl;
  28. }
  29. };
  30. class D : public C,  public B {
  31. public:
  32. D() {
  33. cout<<"D"<<endl;
  34. }
  35. virtual void printD() {
  36. cout<<"Hello D"<<endl;
  37. }
  38. };
  39. class E :virtual public C,  public B {
  40. public:
  41. E() {
  42. cout<<"E"<<endl;
  43. }
  44. virtual void printE() {
  45. cout<<"Hello E"<<endl;
  46. }
  47. };
  48. class F :virtual public C, virtual public B {
  49. public:
  50. F() {
  51. cout<<"F"<<endl;
  52. }
  53. virtual void printF() {
  54. cout<<"Hello F"<<endl;
  55. }
  56. };
  57. int main() {
  58. A a;
  59. B b;
  60. C c;
  61. D d;
  62. E e;
  63. F f;
  64. cout<<"size of a:"<<sizeof(a)<<endl;
  65. cout<<"size of b:"<<sizeof(b)<<endl;
  66. cout<<"size of c:"<<sizeof(c)<<endl;
  67. cout<<"size of d:"<<sizeof(d)<<endl;
  68. cout<<"size of e:"<<sizeof(e)<<endl;
  69. cout<<"size of f:"<<sizeof(f)<<endl;
  70. return 0;
  71. }

VS类结构图：

运行结果为：

类B、C都复制了类A的vPtr，但由于都是虚继承类A且他们当中的虚函数与类A中虚函数不同名，因此需要重新产生新的vPtr和虚函数表，加上各自的cPtr，都有三个指针，大小为12。类D和类E当中都有普通继承，因此不需要产生新的vPtr。按照前面分析，类D中包含两个指向类A的cPtr，三个vPtr(分别指向类A、类B、类C的，类D虚函数放在了类B或类C的vPtr指向的虚函数表中)；类E中包含cPtr，分别指向类A、类C，三个vPtr(分别为类A、类B、类C的，类E的虚函数放在了类B的vPtr指向的虚函数表中)；类F中包括三个cPtr(分别指向类A，类B，类C)，四个vPtr(分别为类A，类B，类C，还有因为类F中虚函数而新创建的)，共七个指针，大小为28。
 
 
至此，所有关于windows下C++类大小的分析已经全部写完，需要特别注意的是，以上所有结果都是在用微软的C++编译器得到的，经实际测试，相同代码在Linux系统下用g++编译过后会得到完全不同的结果。因此，微软C++编译器对类的处理并不是完全按照C++标准来的。
由于C++是一门很复杂的语言，其中的规则很多，细节也很多。这三篇博客中写的内容定有不妥之处，欢迎各位指正。

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