淺談C++中派生類對(duì)象的內(nèi)存布局

更新時(shí)間：2016年12月21日 09:46:31 投稿：jingxian

下面小編就為大家?guī)硪黄獪\談C++中派生類對(duì)象的內(nèi)存布局。小編覺得挺不錯(cuò)的，現(xiàn)在就分享給大家，也給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過來看看吧

主要從三個(gè)方面來講：

　　1 單一繼承

　　2 多重繼承

　　3 虛擬繼承

1 單一繼承

（1）派生類完全擁有基類的內(nèi)存布局，并保證其完整性。

派生類可以看作是完整的基類的Object再加上派生類自己的Object。如果基類中沒有虛成員函數(shù)，那么派生類與具有相同功能的非派生類將不帶來任何性能上的差異。另外，一定要保證基類的完整性。實(shí)際內(nèi)存布局由編譯器自己決定，VS里，把虛指針放在最前邊，接著是基類的Object，最后是派生類自己的object。舉個(gè)栗子：

class A
{
  int b;
  char c;
};
class A1 :public A
{
    char a;
};
int main()
{
  cout << sizeof(A) << " " << sizeof(A1) << endl;
  return 0;
}

輸出是什么？

答案：

8 12

A類的話，一個(gè)int，一個(gè)char，5B，內(nèi)存對(duì)齊一下，8B。A1的話，一個(gè)int，兩個(gè)char，內(nèi)存對(duì)齊一下，也是8B。不對(duì)嗎？

我說了，要保證基類對(duì)象的完整性。那么一定要保證A1類前面的幾個(gè)字節(jié)一定要與A類完全一樣。也就是說，A類作為內(nèi)存補(bǔ)齊的3個(gè)字節(jié)也是要出現(xiàn)在A1里面的。也就是說，A類是這樣的：int(4B)+char(1B)+padding(3B)=8B，A1類：int(4B)+char(1B)+padding(3B)+char(1B)+padding(3B)=12B。

（2）虛指針怎么處理？

還是視編譯器而定，VS是永遠(yuǎn)把vptr放在對(duì)象的最前邊。如果基類中含有虛函數(shù)，那么處理情況與上邊一樣。可是，如果基類中沒有虛函數(shù)而派生類有的話，那么如果把vptr放在派生類的前邊的話，將會(huì)導(dǎo)致派生類中基類成分并不在最前邊。這將帶來什么問題呢？舉栗：假設(shè)A不含虛，而A1含。

A *pA;
A1 obj_A1;
pA=&obj_A1;

如果A1完全包含A并且A位于A1的最前邊，那么編譯器只需要把&obj_A1直接賦給pA就可以了。如果不是呢？編譯器就需要把&obj_A1+sizeof(vptr)賦給pA了。

2 多重繼承

說結(jié)論：VS的內(nèi)存布局是按照聲明順序排列內(nèi)存。再舉個(gè)栗子：

class point2d
{
public:
  virtual ~point2d(){};
  float x;
  float y;
};
class point3d :public point2d
{
  ~point3d(){};
  float z;
};
class vertex
{
public:
  virtual ~vertex(){};
  vertex* next;
};
class vertex3d :public point3d, public vertex
{
  float bulabula;
};


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
  cout << sizeof(point2d) << " " << sizeof(point3d) << " " << sizeof(vertex) << " " << sizeof(vertex3d) << endl;
  return 0;
}

輸出： 12 16 8 24。

內(nèi)存布局：

point2d: vptr(4)+x(4)+y(4)=12B

point3d: vptr+x+y+z=16B

vertex: vptr+next=8B

vertex3d: vptr+x+y+z+vptr+next+bulabula=28B

為什么需要多個(gè)虛指針？請(qǐng)往下看。

3 虛擬繼承

（1）為什么要有“虛繼承”這樣的機(jī)制？

簡(jiǎn)單講，虛繼承是為也防止“diamond”繼承所帶來的問題。也就是類A1、A2都繼承于A，類B又同時(shí)繼承于A1、A2。這樣一來，類B中就有兩份類A的成員了，這樣的程序無法通過編譯。我們改成這樣的形式：

class A
{
public:
　　int a;
　　virtual ~A(); 
  virtual void fun(){cout<<"A"<<endl;}
};
class A1 :public virtual A
{
public:
　　int a1;
  virtual void fun(){cout<<"A1"<<endl;}
};
class A2 :public virtual A
{
public:
　　int a2;
  virtual void fun(){cout<<"A2"<<endl;}
}; 

class B :public A1,public A2 {
public:
　　int b;
  virtual void fun(){cout<<"B"<<endl;}
  virtual void funB(){};
};

這樣就能防止這樣的事情發(fā)生。

（2）虛擬繼承與普通繼承的區(qū)別：

普通繼承使得派生類每繼承一個(gè)基類便擁有一份基類的成員。而虛擬繼承會(huì)把通過虛擬繼承的那一部分，放在對(duì)象的最后。從而使得只擁有一份基類中的成員。虛擬對(duì)象的偏移量被保存在Derived類的vtbl的this指向的上一個(gè)slot。比較難理解。下面我給你個(gè)栗子。

（3）虛擬繼承的內(nèi)存布局：

每個(gè)派生類會(huì)把其不變部分放在前面，共享部分放在后面。

上面四個(gè)類的大小是怎樣的呢？

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
  cout << sizeof(A) << " " << sizeof(A1) << " " << sizeof(A2) << " " << sizeof(B) << endl;
  return 0;
}

輸出：8 16 16 28

內(nèi)存布局：

　　　　A: vptr+a=8B

　　　　A1: vptr+a1+vptrA+a=16B

　　　　A2: vptr+a2+vptrA+a=16B

　　　　A3: vptr+a1+vptrA2+a2+b+vptrA+a=28B

上個(gè)草圖：

那究竟為什么需要多個(gè)虛指針？將對(duì)象內(nèi)存布局和虛表結(jié)構(gòu)搞清楚之后，答案是不是呼之欲出呢？

是的，因?yàn)檫@樣可以保證在將子類指針/引用轉(zhuǎn)換成基類指針時(shí)編譯器可以直接根據(jù)對(duì)像的內(nèi)存布局進(jìn)行偏移，從而使得指向的第一個(gè)內(nèi)容為虛指針，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多態(tài)（根據(jù)靜態(tài)類型執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作）。

以上就是小編為大家?guī)淼臏\談C++中派生類對(duì)象的內(nèi)存布局全部?jī)?nèi)容了，希望大家多多支持腳本之家~

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