【C++】深度探索C++对象模型读书笔记--关于对象（Object Lessons）

前言中的内容：

　　1.什么是C++对象模型？

　　　　1.语言中直接支持面向对象程序设计的部分

　　　　2. 对于各种支持的底层实现机制

　　2. C++ class的完整virtual functions在编译时期就固定下来了，程序员没有办法再执行器动态增加或取代其中一个。这使得虚拟调用操作得以快速地派送结果，付出的成本则是执行期的弹性。

　　3. 全局对象在main()函数之前便完成初始化。

第一章 关于对象

　　1. 在C++中，有两种class data members：static 和 nonstatic，以及三种class member functions: static, nonstatic和virtual。

　　2. C++对象模型：

　　　　Stroustrup当初设计（目前仍占优势）的C++对象模型是从简单对象模型派生而来的，并对内存空间和存取时间做了优化。在此模型中，Nonstatic data members 被配置于每一个class object之内, static data members则被放在个别的class object之外。Static和nonstatic function members也被放在个别的class object之外。Virtual functions则以两个步骤支持之：

　　1. 每一个class产生出一堆指向virtual functions的指针，放在表格之中。这个表格被称为virtual table（vtbl）。

　　2. 每一个class object被安插一个指针，指向相关的virtual table。通常这个指针被称为vptr。vptr的设定（setting）和重置（resetting）都由每一个class的constructor，destructor和copy assignment运算符自动完成。每一个clas所关联的type info object（用以支持 runtime type identification，RTTI）也经由virtual table被指出来，通常放在表格的第一个slot。

　　这个模型的主要优点在于它的空间和存取时间的效率；主要的缺点是如果应用程序代码本身未曾改变，但所用到的class objects的nonstatic data members有所改变（可能是增加、移除或更改），那么那些应用程序代码同样得重新编译。

　　3. C++多态

　　　　简单来说，接口的不同实现方式就是多态。同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的结果。

　　　　在C++，多态只存在于一个个的public class体系中。举个例子，指针px可能指向某个类型的object，或指向根据public继承关系派生而来的一个子类型（请不要把不良的转换操作考虑在内）。Nonpublic的派生行为以及类型为void *的指针可以说是多态的，但它们没有被语言明显地支持，也就是说他们必须由程序员通过显式的转换来管理。

　　　　C++以下列方法支持多态：

　　　　1. 经由一组隐式的转化操作。例如把一个derived class指针转化为一个指向其public class type的指针：

　　　　　　class circle: public shape{}

　　　　　　shape *ps = new circle()

　　　　2. 经由virtual function机制：

　　　　　　ps->func()  或 (*ps).func()

　　　　3. 经由dynamic_cast 和typeid运算符:

　　　　　　if (circle *pc= dynamic_cast<circle *>(ps))

　　　　在C++中，只有通过基类的指针或引用才能支持OO程序设计所需的多态性质。

　　4. 需要多少内存才能够表现一个class object？

　　　　一般而言要有:

　　　　1. 其nonstatic data members的总和大小

　　　　2. 加上任何aligement的需求而填补（padding）上去的空间（可能存在于members 之间，也可能存在于集合体边界）。

　　　　3.加上为了支持virtual而由内部产生的任何额外负担（overhead）

　　5. 指针的类型

　　　　一个指针，不管它指向哪一种数据类型，指针本身所需的内存大小是固定的。（32位4B， 64位8B）。“指向不同类型的指针”之间的差异，既不在其指针表示法不同，也不在其内容（代表一个地址）不同，而是在其所寻址出来的object类型不同。也就是说，“指针类型”会教导编译器如何解释某个特定地址中的内存内容及其大小。

　　　　一个类型为void*的指针只能够持有一个地址，而不能够通过它操作所指之object。因为不知道它涵盖的地址空间。

　　　　

　　　　加上多态之后：

　　　　现在，我们定义一个Bear，组为一种ZooAnimal，经由“public继承”可以完成这项任务：　　

　　　　

 class Bear: public ZooAnimal {
 public:
     Bear();
     ~Bear();
     //...
     void rotate();
     virtual void dance();
     //...
 protected:
     enum Dances{...};

     Dance dances_known;
     int cell_block;
 };

 Bear b("Yogi");
 Bear *pb = &b;
 Bear &rb = *pb;

　　b,pb,rb会有怎样的内存需求呢？不管是pointer或reference都只需要一个word的空间（在32为机器上是4-bytes）。Bear object需要24bytes，也就是ZooAnimal的16 bytes加上Bear所带来的8 bytes。

　　好，假设我们的Bear object放在地址1000处，一个Bear指针和一个ZooAnimal指针有何不同？

　　Bear b;

　　ZooAnimal *pz = &b;

　　Bear *pb = &b;

　　它们每个都指向Bear object的第一个byte（1000）。其间的差别是，pb所涵盖的地址包含整个Bear Object，而pz所涵盖的地址之包含Bear object中的ZooAnimal subject。

　　除了ZooAnimal subject中出现的members，你不能够试用pz来直接处理Bear的任何members。唯一例外是通过virtual机制：

　　//不合法：cell_lock不是ZooAnimal的一个member

　　//虽然我们知道pz目前指向一个Bear object

　　pz->cell_block;

　　

　　//ok：经过一个显式的downcast操作就没有问题

　　（static_cast<Bear *>(pz))->cell_block;

　　//下面这样更好，但它是一个run—time operation

　　if（Bear* pb2 = dynamic_cast<Bear*>(pz))
　　　　pb2->cell_block;

　　

　　//ok:因为cell_block是Bear的一个member。

　　pb->cell_block;

扩展阅读：

　　1.http://coolshell.cn/articles/9543.html