深入理解C++对象模型

C++对象模型是比较重要的一个知识点，学习C++对象的内存模型，就可以明白C++中的多态原理、类的初始化顺序问题、类的大小问题等。

1 C++对象模型基础

1.1 C++对象中都有哪些东东

C++对象中包括以下内容：

• 静态常量
• 成员变量
• 成员函数
• 虚函数
• 纯续函数
• ...

以下是一个对象的定义：

class Base
{
    static int b_s;
public:
    void function() { }
    virtual void v_function() {
        cout << "Base v_function()" << endl;
    }
private:
    int b_a;
    int b_b;
};

1.2 一个C++对象有多大

假如使用Base类作为测试，那Base类在内存中占用几个字节呢？

Windows7 vs2013测试结果：

CentOS7 64位 vim测试结果：

通过以上两个测试结果图分析可知，一个类的占用内存大小由以下成员决定：

• 其非静态成员的总和大小
• 加上任何由于对齐的需求而填补(padding)上去的空间
  • 如果类中只有非静态成员，比如char c; 则其大小为1。
  • 如果除了char c;外，还有int a; 则其大小为8
• 加上为了支持virtual而由内部产生的额外负担

1.3 C++中一些重要的语法糖

• 静态常量整数成员(double就不行)在class内部直接初始化
• 静态成员只能在类外初始化，且初始化时不加static
• 基类够构造函数中调用virtual函数实际调用的是基类中的virtual函数(这点和Java不同)
• const成员函数：不修改类成员数据

2 C++对象内存布局

测试代码如下：

#include <iostream>

using namespace std;

class Base
{
    static int b_s;
public:
    void function() { }
    virtual void v_function() {
        cout << "Base v_function()" << endl;
    }

    int b_a;
    int b_b;
};
int Base::b_s = 0;
int main(int argc, char **argv)
{
    Base base;

    base.b_a = 1;
    base.b_b = 2;
    cout << "size: " << sizeof(base) << endl;

    int *p = (int *) &base;
    cout << *p << endl;
    p++;
    cout << *p << endl;
    p++;
    cout << *p << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

输出结果为：

输出结果中的1和2为类中b_a和b_b成员的值，11459700表示一个地址，改地址包含有虚表的信息。Base类的大致内存布局如下：

2.1 一个空类大小为多少呢

class Empty { };

int main(int argc, char **argv)
{
    Empty empty;
    Empty emptys[10];

    cout << sizeof(empty) << endl;
    cout << sizeof(emptys) << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

输出结果为：

空类中什么都没有，但是定义一个空类类型的变量(实例)，每个实例在内存中都有一个独一无二的地址，为了达到这个目的，编译器往往会给一个空类隐含的加一个字节，这样空类在实例化后在内存得到了独一无二的地址。

2.2 C++对象继承体系下的类初始化关系

（1）从太空角度看类初始化顺序

基类初始化 – 子类初始化

（2）从空中角度看类初始化顺序

基类静态成员 – 子类静态成员 – 基类成员变量 –基类构造函数 – 子类成员变量 – 子类构造函数

（3）站到地上看类初始化顺序

基类静态成员 – 子类静态成员 – (设置v_ptr/基类成员变量 ) –基类构造函数 – (设置v_ptr/子类成员变量) – 子类构造函数