最近看了《深入理解C++对象模型》，综合学习C++对象的内存布局，本文基于个人理解和程序测试绘制C++对象模型内存布局，如有错误，还请批评指正。
1.前言
首先,相较于C语言，C++语言并没有额外增加内存消耗(确切说，在没有虚函数情况下)。 对于一个C++类对象,每个对象有独立的数据成员(非static),但是内存中成员函数只有一份,该类的所有对象共享成员函数。
static数据成员属于类,该类的所有对象共享static数据成员，static数据成员存储在 静态存储区。 对象数据成员依据创建对象的方式不同，可能存在于栈上或者堆上。 成员函数存储在代码段。
当调用对象的成员函数,怎么识别是哪个对象？
编译器在编译阶段,进行函数的重构，即将成员函数进行非成员化。通过将this指针作为函数的第一个参数,通过this指针即可以找到对象的数据成员;
例如：
Class Example {
public :
int a;
Example,a(a)(int a);
void print();
}
================编译前=============
int main(){
Example e = new Example(10);
e.print();
return 0;
}
==============编译后=============
int main(){
Example e = new Example(10);
print(&e);
return 0;
}
上述是理解C++对象模型的前提。下面详细图示对象内存布局。
下文叙述的前提是:
- 类都存在虚函数
- 子类实现了基类的虚函数
2. 无继承状态
Class Base {
public:
int a;
int b;
virtual void function();
}
如上图所示，对于无继承状态的C++布局:
1）首先是虚函数表指针,该指针是由编译器 定义和初始化(编译阶段，编译器在构造函数内增加代码实现)
2）成员函数代码存储在 代码段,堆上构造虚函数表，将虚成员函数的地址存储在虚函数内。
3）数据成员按照声明的顺序布局;
3. 单继承
Class Base {
public:
int a;
int b;
virtual void function();
}
Class Derive : public Base {
public:
int c;
virtual void function_2();
}
如上图所示，对于无继承状态的C++布局:
1) 首先是基类虚函数表指针
2) 基类数据成员
3) 子类数据成员
4) 子类实现基类的虚函数,并覆盖基类虚函数表中相应的函数的地址
5) 子类扩展基类的虚函数表,将子类的虚函数地址存储在基类虚函数表中
6) 内存中只存在一张虚函数表
4.多继承
Class Base1 {
public:
int a;
int b;
virtual void function_1();
}
Class Base2 {
public:
int c;
virtual void function_2();
}
Class Derive : public Base1,public Base2 {
public:
int d;
virtual void function_3();
}
如上图所示，对于无继承状态的C++布局:
1) 首先是基类1虚函数表指针
2) 基类1数据成员
3) 基类2虚函数表指针
4) 基类2数据成员
5) 子类数据成员
6) 子类实现基类的虚函数,并覆盖基类虚函数表中相应的函数的地址
6) 子类扩展第一个基类的虚函数表,将子类的虚函数地址存储在基类虚函数表中
6) 内存中存在2张虚函数表
5.虚继承
Class Base {
public:
int a;
int b;
virtual void function_1();
}
Class Derive : public Base {
public:
int e;
virtual void function_2();
}
如上图所示，对于无继承状态的C++布局:
1) 首先是基类虚函数表指针
2) 子类数据成员
3) 基类数据成员
4) 子类实现基类的虚函数,并覆盖基类虚函数表中相应的函数的地址
6) 子类扩展第基类的虚函数表,将子类的虚函数地址存储在基类虚函数表中
6) 内存中存在1张虚函数表
6.菱形继承
Class BaseBase {
public:
int a;
int b;
virtual void function_1();
}
Class Base1:public virtual BaseBase {
public:
int c;
virtual void function_2();
}
Class Base2 : public virtual BaseBase {
public:
int d;
virtual void function_3();
}
Class Derive : public Base1,public Base2 {
public:
int e;
virtual void function_4();
}
如上图所示，对于无继承状态的C++布局:
1) 基类1的虚函数表指针vptr
2) 指向基类的基类的 数据成员的指针(实际是在内存中的偏移量)
3) 基类1数据成员
4) 基类2的虚函数表指针
5) 指向基类的基类的 数据成员的指针(实际是在内存中的偏移量)
6) 基类2的数据成员
7) 子类的数据成员
8) 0x0000的空隔
9) 基类的基类的虚函数表指针
10) 基类的基类的 数据成员
