c++对象模型之Data布局

Data语意学

class X{};

class Y : publicvirtual X {};

class Z : publicvirtual X {};

class A : publicY, public Z {};

sizeof(X) = 1,sizeof(Y) = 4, sizeof(Z) = 4, sizeof(A) = 8。visualc++6.0上測试结果(对emptyvirtual base class 有特殊处理的编译器)

反之则相应的结果为1。8。8，12

其实Y,Z的大小受三个因素的影响：

1．语言本身所造成的额外负担

2．编译器对于特殊情况所提供的优化处理

3．Alignment限制

有特殊处理情况下对象布局例如以下：

无特殊处理情况对象布局例如以下：

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQv/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="">

对于nonstaticdata members直接存放在每个classobject之中。对于继承而来的nonstatic data members也是一样，只是并没有强制定义其间的排列顺序。至于staticdata members,则被放置在程序的一个globaldata segment中。不会影响个别的classobject的大小。

一Data Member的绑定

1．Datamembers绑定

extern int x;

class Point3d

{

public:

//对函数本身的分析将延迟至class声明的右边大括号出现才開始

float X() const { return x;}

//....

private:

float x;

};

对memberfunctions本身的分析。会直到整个class的声明都出现了才開始即对于X()函数返回的x将是类中的定义的x。

2．Membersfunctions的argumentlist

typedef int length;

class Point3d

{

//typedef char length;

public:

//length被决议为global

//_val被决议为Point3d::_val

void mumble(length val) { _val = val; }

length mumble() {return _val;}

private:

//length必须在“本class对它的第一个參考操作”之前被看见

//这种声明将使先前的參考操作不合法

typedef char length;

length _val;

};

上述的这样的语言状况，仍然须要某种防御性程序风格：情始终把“nestedtype声明”放在class的起始处。

二Data Member的布局

Nostatic data members 在classobject中的排列顺序将和其被生命的顺序一样，不论什么中间介入的staticdata members都不会被放进对象布局之中。

C++ standard要求，在同一个accesssection（也就是private、public、protected等区段）中，members的排列仅仅需符合“较晚出现的members在classobject中有较高的地址”这一条件就可以。

C++ standerd也同意编译器将多个accesssection之中的data members自由排列，不必在乎它们出如今class声明中的次序。

值得注意的是accesssection的多寡并不会招来额外的负担。比如在一个section中声明8个members。或是在8个section中总共声明8个members，得到的object大是一样的。

三Data Member的存取

1．Staticdata members

存取staticmembers并不须要通过class object；若取一个staticdata memb的

地址。会得到一个指向其classmember的指针，由于static member并不内含在一个classobject中。

比如：

&Point3d::chunkSize;

会得到类型例如以下的内存地址：

const int*

2．NonstaticData Members

Nonstatic data members 直接存放在每个classobject之中。除非经由明白

（explic）的或暗喻（implicit）的classobject。没有办法直接存取它们。

在member function 里面编译器会自己主动合成this指针。

欲对一个nonstaticdata member进行存取操作，编译器须要把classobject的起始地址加上data member的偏移量（offset）。每个nonstaticdata member的offset在编译时期就可以获知。

Point3d origin, *pt;

Origin.x = 0.0;

pt->x = 0.0;

两种存取方式有什么重大的差异？答案是“当Point3d是一个derivedclass。而在其继承结构中有一个virtual base class，而且被存取的member（比如本例中的x）是一个从该virtualbase class继承而来的member时，就会有重大的差异。

四继承与Data member

1．仅仅有继承没有多态

在c++继承模型中，一个derivedclass object所表现出来的东西。是其自己的members加上其baseclass members的总和。至于derivedclass members 和baseclass members的排列次序并没有强制指定，通常是基类在前。

把原本不相干的两个class凑成一对“type/subtype”会犯的错误有：1.可能会反复设计一些同样操作的函数；2.把一个class分解为两层或很多其它层。有可能会为了“表现class体系之抽象化”而膨胀所需空间。C++语言保证“出如今derived class中的baseclass subobject有其完整原样性”。

class Concrete

{

private:

int val;

char c1;

char c2;

char c3;

};

sizeof(Concrete)= 8

将Concrete分裂为三层结构：

class Concrete1

{

Public:

//….

Private:

int val;

char bit1;

};

class Concrete2

{

Public:

//….

Private:

char bit2;

};

class Concrete3

{

Public:

//….

Private:

char bit3;

};

能够得出sizeof(Concrete3)=16，比原先设计的多了一倍。对象布局例如以下：

关于base classsubobject在derivJedclass中保持原样原因解释

2．加上多态

多态带来的空间和存取时间的额外负担：

①导入一个virtualtable，用来存放在它所声明的每个virtual function的地

址。这个table的元素数目一般而言是被声明的virtualfunctions的数目，再加上一个或两个slots。

②在每个classobject中导入一个vptr，提供运行期间的链接，使每个

object可以找到对应的virtualtable。

③加强constructor，使它可以为vptr设定初值，让它指向class所相应的virtual

table。

④加强destructor，使它可以抹消“指向class之相关virtualtable”的vptr。

记

住destructor的调用次序是反向的：从derivedclass到base class。

全部的编译器不是吧vptr放在对象的头部，就是放在对象的尾部。

五指向Data Members的指针

/*

Pointer to Data Members

*/

#include<iostream>

usingnamespace std;

classPoint3d

{

virtual ~Point3d();

public:

static Point3d origin;

float x, y, z;

};

intmain()

{

//类型为floatPoint3d::*而并非float*

printf("&Point3d::x =%p\n", &Point3d::x);

printf("&Point3d::y =%p\n", &Point3d::y);

printf("&Point3d::z =%p\n", &Point3d::z);

}

#include<iostream>

usingnamespace std;

structPoint

{

int x, y;

double d1, d2;

}

intAdd(Point arr[], int size, int Point::*p)

{

int sum = 0;

for(int i = 0; i < size; i ++)

sum += arr[i].*p;

return sum;

}

doubleAdd1(Point arr[], int size, double Point::*p)

{

int sum = 0;

for(int i = 0; i < size; i ++)

sum += arr[i].*p;

return sum;

};

intmain()

{

Point pp[3] = { {1,2,1.0,2.0},{3,4,1.0,2.0}, {5,6,1.0,2.0} };

cout<<Add(pp, 3,&Point::x)<<endl<<Add(pp, 3, &Point::y)<<endl;

cout<<Add1(pp, 3,&Point::d1)<<endl<<Add1(pp, 3, &Point::d2)<<endl;

}