C++ 對象模型

對象的內存布局
- 非虛函數類對象
  - 對于不包含虛函數的類，對象的內存布局相對簡單，其成員變量按照聲明的順序依次存儲。例如：
```
class SimpleClass {
private:
    int num;
    double d;
public:
    SimpleClass(int n, double dd) : num(n), d(dd) {}
};
```
  - 在SimpleClass對象的內存中，首先存儲int類型的num，然后存儲double類型的d。假設int占4字節，double占8字節，那么一個SimpleClass對象的大小至少為12字節（考慮內存對齊等因素可能會有所增加）。
- 包含虛函數的類對象
  - 如果一個類包含虛函數，對象的內存布局會包含一個虛函數表指針（vptr）。這個指針通常位于對象內存的開頭（不同編譯器可能有不同的實現方式）。例如：
```
class VirtualClass {
private:
    int num;
    double d;
public:
    VirtualClass(int n, double dd) : num(n), d(dd) {}
    virtual void someVirtualFunction() {}
};
```
  - 在VirtualClass對象的內存中，首先是虛函數表指針（通常在32位系統中占4字節，64位系統中占8字節），然后是成員變量num和d。虛函數表是一個函數指針數組，存儲了類的虛函數地址。當調用虛函數時，通過這個虛函數表指針找到虛函數表，再根據表中的指針調用相應的函數。
繼承關系中的對象模型
- 單繼承
  - 在單繼承關系中，派生類對象的內存布局是基類部分在前，派生類部分在后。例如：
```
class Base {
private:
    int baseNum;
public:
    Base(int n) : baseNum(n) {}
};

class Derived : public Base {
private:
    double derivedNum;
public:
    Derived(int n, double d) : Base(n), derivedNum(d) {}
};
```
  - 在Derived對象的內存中，首先是Base類的baseNum，然后是Derived類的derivedNum。如果Base類包含虛函數，那么Derived對象也會包含虛函數表指針（并且這個虛函數表指針會被正確初始化以反映Derived類的虛函數情況）。
- 多繼承
  - 多繼承的對象模型較為復雜。例如，有類Base1、Base2和派生類Derived：
```
class Base1 {
private:
    int num1;
public:
    Base1(int n) : num1(n) {}
};

class Base2 {
private:
    double num2;
public:
    Base2(double n) : num2(n) {}
};

class Derived : public Base1, public Base2 {
private:
    char ch;
public:
    Derived(int n, double d, char c) : Base1(n), Base2(d), ch(c) {}
};
```
  - 在Derived對象的內存中，首先是Base1的部分（num1），然后是Base2的部分（num2），最后是Derived類特有的部分（ch）。如果基類包含虛函數，處理虛函數表指針會更加復雜，不同編譯器可能采用不同的策略來確保正確的虛函數調用。
對象的構造與析構
- 構造函數順序
  - 在對象創建時，首先調用基類的構造函數，然后按照繼承順序依次調用派生類的構造函數。在構造函數內部，成員變量的初始化按照聲明的順序進行。例如，對于前面提到的Derived類：
```
Derived(int n, double d, char c) : Base1(n), Base2(d), ch(c) {}
```
  - 首先調用Base1的構造函數初始化Base1部分，然后調用Base2的構造函數初始化Base2部分，最后初始化Derived類特有的ch成員。
- 析構函數順序
  - 析構函數的調用順序與構造函數相反。當Derived類對象被銷毀時，首先調用Derived類的析構函數，然后按照與繼承順序相反的順序依次調用基類的析構函數。并且，如果基類的析構函數是虛函數，那么通過基類指針刪除派生類對象時，可以確保正確調用派生類的析構函數。例如：
```
Base1* ptr = new Derived(1, 2.0, 'a');
delete ptr;
```
  - 如果Base1的析構函數不是虛函數，只會調用Base1的析構函數，可能導致Derived類資源無法正確釋放；如果Base1的析構函數是虛函數，則會先調用Derived類的析構函數，再調用Base1的析構函數，正確釋放資源。
函數調用機制（特別是虛函數調用）
- 非虛函數調用
  - 對于非虛函數，函數調用在編譯時就確定了。編譯器根據函數名和作用域直接生成調用代碼。例如：
```
class NonVirtualClass {
public:
    void nonVirtualFunction() {}
};

int main() {
    NonVirtualClass obj;
    obj.nonVirtualFunction();
    return 0;
}
```
  - 編譯器直接知道obj.nonVirtualFunction()應該調用NonVirtualClass類中的nonVirtualFunction函數，不需要在運行時進行額外的查找。
- 虛函數調用
  - 虛函數的調用是在運行時確定的。當通過基類指針或引用調用虛函數時，會根據對象實際的類型來決定調用哪個函數。例如：
```
class Base {
public:
    virtual void virtualFunction() {
        std::cout << "Base::virtualFunction" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void virtualFunction() override {
        std::cout << "Derived::virtualFunction" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* ptr = new Derived();
    ptr->virtualFunction();
    return 0;
}
```
  - 這里ptr是Base類的指針，但實際指向Derived類對象。當調用ptr->virtualFunction()時，由于virtualFunction是虛函數，會在運行時根據ptr實際指向的對象類型（即Derived類）來調用Derived類中的virtualFunction函數。這種機制實現了多態性，使得代碼更加靈活和可擴展。

posted @ 2024-10-06 21:33 西北野狼閱讀(55) 評論(0) 收藏舉報

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