C++对象布局

《C++应用程序性能优化》《深度探索C++对象模型》笔记

#include<iostream>
using namespace std;
class student
{
public:
	static int count;
	int value;
	char c;
	student();
	virtual ~student();
	int getvalue();
	virtual void foo(void);
	static void addcount();
};
int main()
{
	cout << sizeof(student) << endl;
	return 0;
}

　　运行结果：

解析：静态数据成员static int count 存储在全局/静态存储区中，并不作为对象占据的内存的一部分，sizeof返回的大小不包括count所占据的内存的大小，而非静态数据成员int value和char c存储在对象占据的的内存中，不论是在全局/静态存储区，还是在堆上或栈上。value内存大小是4个字节，c是1一个字节，但是32位计算机为了提高效率按4个字节对齐，因此也占据了4个字节。此外该类还有两个成员函数（其中一个构造函数）和两个虚函数（一个虚析构函数）和一个静态成员函数，在这些函数中，只有虚函数会分配一个虚函数指针，指向虚函数地址表，叫做“虚函数表”，这个虚函数指针会占据4个字节。

那么虚函数指针存放在哪里呢？现在写一个程序验证一下虚函数指针存放的位置：

#include<iostream>
using namespace std;
class student
{
public:
	static int count;
	int value;
	char c;
	student() {};
	virtual ~student() {};
	int getvalue();
	virtual void foo() {};
	static void addcount();
};
int main()
{
	student stu;
	cout << &stu << endl;
	cout << &stu.value << endl;
	cout << &stu.c << endl;
	return 0;
}

　　运行结果如下：

从上图可知，对象的起始地址是0x003afd10，接着是value的地址0x003afd14两个地址之间相差4个字节，从这里我们也可以知道，虚函数指针存放在对象开始的4个字节。

（1）非静态数据成员是影响占据内存大小的主要因素，随着对象数目的增加，非静态数据成员占据的内存会相应的增加。

（2）所有的对象共享一份静态数据成员，所以静态数据成员占据的内存数量不会随着对象数目的增加而增加。

（3）静态数据成员函数和非静态数据成员函数不会影响对象内存的大小，虽然其实现会占据相应的内存空间，同样也不会随着数目的增加而增加。

（4）如果对象中有虚函数会增加一个虚函数指针，不管有多少个虚函数都只有一个虚函数指针。

单继承

#include<iostream>
using namespace std;
class student
{
public:
	static int count;
	int value;
	char c;
	student() {};
	virtual ~student() {};
	int getvalue();
	virtual void foo() {};
	static void addcount();
};
class student1 :public student
{
	int name;
public:
	virtual void func() {};
};
int main()
{
	cout << sizeof(student) << endl;
	cout << sizeof(student1) << endl;
	return 0;
}

　　运行结果为：

解析：我们可以看到派生类的内存大小是16个字节，基类的内存大小是12个字节，相差4个字节，派生类中增加了一个一个int类型的成员变量4个字节，同时也增加了一个虚函数，此时派生类也需要虚函数表，因此我们可知道派生类和基类使用的是同一个虚函数表。或者说，在派生类构造时不再需要创建一张新的虚函数表，而应该在基类的虚函数表中增加或者修改。

此程序的内存布局图如下：

问：派生类和基类公用一张虚函数表，且派生类会对虚函数表进行增加和修改，那么如果基类有多个派生类，且多个派生类中都对基类的虚函数进行了重载，那么是如何实现的，会不会有冲突？

答：这里首先要理解多态的含义，多态是发生在运行时的，只有当一个基类对象指针/引用指向一个派生类对象时才会发生，此时派生类才会对虚函数表进行修改，而不是在编译时就修改的。

多继承

#include<iostream>
using namespace std;
class student
{
public:
	static int count;
	int value;
	char c;
	student() {};
	virtual ~student() {};
	int getvalue();
	virtual void foo() {};
	static void addcount();
};
class people
{
public:
	virtual void eat() {}
	int age;
};
class student1 :public student,public people
{
	int name;
public:
	virtual void func() {};
};
int main()
{
	cout << sizeof(student) << endl;
	cout << sizeof(people) << endl;
	cout << sizeof(student1) << endl;

	return 0;
}

　　运行结果：

此程序的内存布局如下：

虚继承：为了支持虚继承不同 编译器的做法会有所不同，在vs中通过添加一个虚基类表来实现

#include<iostream>
using namespace std;
class student
{
public:
	static int count;
	int value;
	char c;
	student() {};
	virtual ~student() {};
	int getvalue();
	virtual void foo() {};
	static void addcount();
};
class people
{
public:
	virtual void eat() {}
	int age;
};
class student1 :virtual public student, public people
{
	int name;
public:
	virtual void func() {};
};
int main()
{
	cout << sizeof(student) << endl;
	cout << sizeof(people) << endl;
	cout << sizeof(student1) << endl;

	return 0;
}

　　运行结果：

#include<iostream>
using namespace std;
class student
{
public:
	static int count;
	int value;
	char c;
	student() {};
	virtual ~student() {};
	int getvalue();
	virtual void foo() {};
	static void addcount();
};
class people
{
public:
	virtual void eat() {}
	int age;
};
class student1 :virtual public student,virtual public people
{
	int name;
public:
	virtual void func() {};
};
int main()
{
	cout << sizeof(student) << endl;
	cout << sizeof(people) << endl;
	cout << sizeof(student1) << endl;

	return 0;
}

　　运行结果：

#include<iostream>
using namespace std;
class student
{
public:
	static int count;
	int value;
	char c;
	student() {};
	virtual ~student() {};
	int getvalue();
	virtual void foo() {};
	static void addcount();
};
class people
{
public:
	virtual void eat() {}
	int age;
};
class student1 :virtual public student,virtual public people
{
	int name;
public:
	//virtual void func() {};
};
int main()
{
	cout << sizeof(student) << endl;
	cout << sizeof(people) << endl;
	cout << sizeof(student1) << endl;

	return 0;
}

　　运行结果：

从上面我们可以知道，在虚继承中，每一个基类都会生成一个虚基类表，因此每多一个虚继承内存会增加4，同时如果派生增加一个基类中没有的虚函数也会增加一个指针，内存加4

问题：类中成员变量的初始化顺序？

答：因为我们知道初始化的顺序与析构的顺序相反，也就是说，如果类中有两个成员变量A和B，初始化顺序为A->B，那么在这个类被析构时应该先析构B再析构A，而对于一个类来说构造函数可能有多个，初始化列表也有多个，这个在析构时就没法统一，所以就按照成员变量定义时的顺序来。