【C++】对象模型

前言

　　对于传统结构化语言，如C语言，虽然编译器在背后也做了一下事情，但是很好理解。如编译器堆栈建立、参数排列、返回地址、堆栈清楚等。而对于面向对象的语言，编译器背着我们做了太多，如构造函数、析构函数、虚函数、继承、多态、合成额外函数、扩张我们函数的内容等。

　　不同的对象模型会有不同的执行效率，因为编译器会根据对象模型对程序做不同的改写。

C++对象模型

　　有如下三种：

　模型一重要！

　　　一个class对象需要多少内存呢，一般是一下几点的和：

• nonstatic数据成员的大小之和；
• 加上由于对齐而产生的填补（与机器有关）；
• 加上为了支持virtual而增加的额外负担（与编译器有关 ）。

 　　另外值得注意的是一个没有nonstatic的类的对象的大小是1，这是被编译器安插的一个char类型，为了让该类的每个对象具有独一无二的内存地址。

　模型二

　模型三

C++的继承

• 单继承：如图 class ostream: public ios{...};
• 多继承：如左图 class iostream: public ostream, public istream{...};此处的需注意，若以图中的继承关系，我们会发现iosteam对象中有两份ios的对象部分，为了解决这个问题就需要virtual base class，也就是虚继承。 
• 虚继承：如右图 class ostream: virtual public ios{...}; class istream: virtual public ios{...}; 这样无论virtual base class 在继承链中出现多少次，都只会出现一个实体。

 　　那么加上继承后，derived class object的对象模型是什么样的呢，该如何表现出base class subobject呢？有如下几种模型：

　模型一重要！

• 对于base class object的nonstatic 数据成员，一般直接放置在derived class object中。
• 在virtual bass class的原始模型是在class object中为每一个有关联的virtual Base class 加上一个指针。引入对于virtual base class后，对象模型为了维护每一个virtual base class的位置，不是导入一个virtual base class table,就是扩充已存在的virtual table。

　　　如

 

　模型二

　　基于简单模型，增加一个slot，里面存放父类的实体的地址。

 　模型三

　　每一个子类对象内含一个地址bptr（类似于vptr）,指向一个base class table（其中的每个slot对应一个base calss subobject）。

C++的多态

　　在C++中，多态只存在于public的继承体系中。C++用下列方法来支持多态：

1. 经由一组隐含的转换操作，如把一个derived class指针转化为一个指向其public base 类型的指针。
2. virtual function机制；
3. dynamic_cast和typeid运行算符。

　　　　另外指针是C++多态的必要条件

空类型

　　1、一个没有任何数据成员和成员函数的类型的sizeof是1，因为如果我们要使用一个类型的实例，该实例必须在内存中占用一定的空间，否则无法使用。，当然大小也可以比1大，具体由编译器决定。

　　2、当在1的基础上，加上非虚成员函数后，sizeof还是不变。

　　3、当在1的基础上，加入虚函数后，由于此时需要以指向虚函数表的虚指针，所以sizeof为指针的大小，32位机为4字节，64位机为8字节。

其他知识点

C语言中，数据和函数（对数据的操作）是分开的。

　　C++同时支持OB和OO两种设计。

　　OB ：Object Based ，非多态的数据封装模型，就是ADT（Abstract Data Type）的概念，提供了类型对象的一些接口和操作。

　　OO ：Object Oriented ，支持多态，需要virtual的支持，这导致了内存布局和存取时间上的额外负担。virtual机制包括virtual function机制（用以支持执行期动态绑定），virtual base class （用以实现“对此出现在继承体系中的base class，有一个单一而被共享的实体”）。

　　C++中struct和class的用法基本一样，只是继承和成员的默认权限不同，class默认是private继承和private成员，而struct默认是public继承和public成员。

　　指针：指针的值是所指对象的首地址，偏移量有指针类型决定。base class的指针可以指向继承体系中的任一类型的对象。

参考

　    《深度探索C++对象模型》

　　怀安散人《深度探索C++对象模型》 读书心得 Chapter1

  怀安散人《深度探索C++对象模型》 读书心得 Chapter2