//整理之，分享之，欢迎指正。for_wind
1、类的实际大小。
每一个class object必须有足够的大小以容纳它所有的nonstatic data members。除了其nonstatic data members的总和大小外，其值的大小受以下三个因素影响：
（1）
语言本身所造成的额外负担：即为了支持virtual而由内部产生的额外负担。当语言支持virtual base class 时，在derived class 中，这个额外的负担体现在某种形式的指针
bptr身上，它或者指向virtual base class subobject，或者指向一个相关表格（表内存放virtual base class subobject的地址，即其偏移量offset）；此外还有因虚函数产生的
vptr。
（2）
编译器对特殊情况所提供的优化处理：某些编译器会对empty virtual base class提供特殊支持。
（3）
alignment的限制：将数值填补到某数（如4bytes（32位））的整数倍，以使bus的“运输量”达到最高效率。
备注：
- 一个空的class，其值的大小并不为零。它有一个隐晦的1byte，那是被编译器安插进去的一个char。这使得这个class的两个objects得以在内存中配置独一无二的地址。
- 一个virtual base class subobject只会在derived class中存在一份实体，不管它在继承体系中出现了多少次。
举例：
下图给出class X, Y, Z, A之间的继承关系。
问class X, Y, Z, A的大小分别为多少。
下图给出X，Y，Z的对象布局（编译器不做优化处理）（1，8，8）
下图给出X，Y，Z的对象布局（编译器做了优化处理，不安插一个char）（1，4，4）
上例中的class A的大小又该如何计算，其内存布局又该如何？
（1）被Y、Z共享的
唯一的一个class X实体，大小为1byte；（对empty virtual base class特殊处理的编译器会将（1）中class X实体的1byte 拿掉）
（2）Base class Y的大小，减去“因virtual base class X而配置的大小”，结果是4bytes。同理Base calss Z。共8bytes。
（3）class A自己的大小为：0byte。
（4）class A的alignment数量。
class A的大小，在有特殊优化的编译器上运行结果为8bytes；在无特殊优化的编译器上运行结果则为12bytes。
注意：非空virtual base class两种编译器产生的对象布局一致。
下面给出VS编译器下的情况。
#include <iostream>
using namespace std ;
class X{ };
class Y : public virtual X { };
class Z : public virtual X { };
class A : public Y, public Z { };
int main( void )
{
cout <<"sizeof X=" << sizeof( X )<<endl ;
cout <<"sizeof Y=" << sizeof( Y )<<endl ;
cout <<"sizeof Z=" << sizeof( Z )<<endl ;
cout <<"sizeof A=" << sizeof( A )<<endl ;
return 0 ;
}
运行结果：
VS2010中
class X的内存布局：
VS2010中
class Y的内存布局：
VS2010中
class Z的内存布局：
VS2010中
classA 的内存布局：
分析：
VS2010编译器中，对每个继承自虚基类的类实例，将增加一个隐藏的
“虚基类表指针”（vbptr）成员变量，从而达到间接计算虚基类位置的目的。该变量指向一个全类共享的偏移量表，表中项目记录了对于该类而言，“虚基类表指针”与虚基类之间的偏移量。
class X的大小为1byte，而class Y，Z的大小为4bytes，含有一个vbptr，即该编译器把vbptr放在前面，对empty virtual base class进行特殊处理，去除了1byte。
而class A的大小的大小为8bytes，具体分析见上。
2、Data member的绑定
对member functions函数本身的分析将延迟直至class声明的右大括号出现才开始，因此在一个inline member function 内的一个data member绑定操作，在整个class 声明完成之后才发生。
然而，这对member function中的argument list并
不为真。Arugment list中的名称会在第一次遇到时被适当地决议resolved。因此最好把“nested type 声明”放在class的起始处，以确保非直觉绑定的正确性。
举例：
#include <iostream>
using namespace std;
typedef int length;
class Point3d
{
public:
//typedef float length;//pos2
void fun1(length val)
{
_val = val;
}
length fun1()
{
return _val;
}
private:
typedef float length;//pos1
length _val;
};
int main(void)
{
Point3d p;
p.fun1(1.2);
cout<<p.fun1()<<endl;
return 0;
}
"nested type 声明”放在位置pos1：第一次遇到函数参数后，决议为global typedef，因此为int
运行结果：
"nested type 声明”放在位置pos2：注释掉pos1那句后
运行结果：
3、Data member的布局
（1）对于
nonstatic data member，把数据直接存放在每一个class object之中，继承而来的nonstatic data member也是如此，不过不强制其排列顺序。
（2）对于
static data member，则把被放在程序的global data segment中，永远只存在一份实体，和个别的class object无关。 template class稍微不同。
（3）access section（private、public、protected等区段）中members的排列
只需符合“较晚出现的members在class object中有较高的地址”。并非一定得连续。（凡处于同一个access section中的数据，必定保证以其声明的次序出现在内存布局当中，然而被放在多个access section的各个数据，排列次序就不一定了）但是当前的编译器都是把一个以上的access sections 连锁在一起，依照声明次序，形成一个连续区块。
（4）对于那些由编译器
内部产生的data members（如vptr）允许自由放在任何位置。当前所有编译器把vptr安插在每一个“内含virtual function的class”的object内（最后，或者最前）。
4、Data member的存取
（1）对于
static data member，
每次程序取用static member，就会被内部转换为对该唯一的extern实体的直接参考操作。存取static members并不需要通过class object。对于继承而来的static member其存取路径也是同样直接。（因为static members只存在唯一的一份实体）
（2）对于
nonstatic data member，
每一个nonstatic data member的偏移量offset，在编译时期即可获知。（派生自单一或多重继承串链也一样）。
而当虚继承时，虚继承将为“经由base class subobject 存取 class members”导入一层新的间接性。
总结：
将对象分割为两部分，一个不变局部和一个共享局部。不变局部中的数据，不管后继如何衍化，总是拥有固定的偏移量，所以这一部分数据可以被直接存取，至于共享局部，所表现的就是虚拟继承的基类子对象，这一部分的数据，其位置会因为每次的派生操作而有变化，所以它们是间接存取。
举例：
Pointed origin, *pt = &origin;
origin.x = 0.0;
pt->x = 0.0;
从origin和pt存取有何差异？
答：当Point3d是一个derived class，而在其继承结构中有一个virtual base class，并且被存取的member是一个从该virtual base class继承而来的member时，有差异。
从pt存取，这时我们不知道pt指向哪一种class type，即无法知道编译时期这个member真正的offset位置，这个存取操作必须延迟至执行期，经由一个额外的间接引导，才能够解决。存取速度比较慢一些。从origin存取，origin的类型是明确的，members的offset位置在编译时期就固定了。
5、Data member与继承
（1）多态与多重继承
多态的弹性带来空间和存取时间上的额外负担：
- 添加virtual table；
- 添加vptr，提供执行期的链接。
- 加强constructor，为vptr设定初值，让它指向class所对于的virtual table；
- 加强destructor，消除指向class virtual table的vptr。
多重继承的问题：
在于derived class objects和其第二或其后继的base class objects之间的转换。
修正：加上或减去介于中间的base class subobjects大小。
（最左端或说第一个base class都指向相同的起始地址，无须修正）
举例1：
class Point2d
{
public:
virtual void fun1(){ };
protected:
float _x, _y;
};
class Point3d : public Point2d
{
public:
virtual void fun1(){ };
protected:
float _z;
};
class Vertex
{
public:
virtual void fun2(){ };
protected:
Vertex *next;
};
class Vertex3d : public Point3d, public Vertex
{
public:
virtual void fun1(){ };
virtual void fun2(){ };
void fun3(){ };
protected:
float mumble;
};
下图是VS2010中
class Vertex3d的内存布局(多重继承)：
对比上下两图：
除了vfptr的位置（在前或在后）不同，其他内容是一致的。对于单一继承和多重继承，VS2010编译器采用直接复制模型，将base class subobject的data members被直接放在derived class object中。
此外也注意到
-16。
下图是可能的数据分布（多重继承）：
（2）虚继承
举例2：
class Point2d
{
public:
virtual void fun1(){ };
protected:
float _x, _y;
};
class Point3d : public virtual Point2d
{
public:
virtual void fun1(){ };
protected:
float _z;
};
class Vertex : public virtual Point2d
{
public:
virtual void fun2(){ };
protected:
Vertex *next;
};
class Vertex3d : public Point3d, public Vertex
{
public:
virtual void fun1(){ };
virtual void fun2(){ };
void fun3(){ };
protected:
float mumble;
};
下图是VS2010中
class Point2d的内存布局(虚继承)：
- 观察class Point2d的内存布局，
Point2d::$vftable@:
| &Point2d_meta //第一次声明
| 0 //偏移量
0 | &Point2d::fun1 //函数名
下图是VS2010中
class Point3d的内存布局(虚继承)：
- 观察class Point2d和Point3d的内存布局，
可知，VS2010编译器中对于虚继承，是在
直接复制模型的基础上，选择了virtual base class table模型：即增加了一个vbptr。
观察到Point3d中
vbptr指向的virtual base class table如下：
Point3d::$vbtable@:
0 | 0
1 | 8 (Point3dd(Point3d+0)Point2d)
偏移量
0是相对整个derived class而言，而8是该vbptr相对于virtual base Point2d的位置。
此外注意到，直接复制（继承）的
vfptr应该进行修正。
Point3d::$vftable@:偏移量为
-8，即指向base Point2d的vfptr位置。
下图是VS2010中
class Vertex的内存布局(虚继承)：
- 观察class Point2d和Vertex的内存布局，
可知，VS2010编译器中
对于虚继承，
直接复制后，增加了一个vbptr。
观察到Vertex中
vbptr指向的virtual base class table如下：
Vertex::$vbtable@:
0 | -4
1 | 8 (Vertexd(Vertex+4)Point2d)
偏移量
-4是相对整个derived class而言，而8是该vbptr相对于virtual base Point2d的位置。
对于新增的虚函数：添加新的
vfptr（注：放在vbptr之前）
Vertex::$vftable@Vertex@:
| &Vertex_meta //第一次声明
| 0
0 | &Vertex::fun2
此外注意到，直接复制（继承）
vfptr应该进行修正。
Vertex::$
vftable@Point2d@:偏移量为
-12，即指向base Point2d的vfptr位置。
下图是VS2010中
class Vertex3d的内存布局(虚继承)：
- 观察class Point3d、Vertex和Vertex3d的内存布局，
对于虚继承，是在
直接复制模型的基础上，virtural base class Point2d只
复制一份。
注意到，
Vertex3d::$vftable@Vertex@:
| &Vertex3d_meta
| 0 //Vertex3d::$vftable@Vertex@:偏移量为0，即指向base Vertex的vfptr位置。
0 | &Vertex3d::fun2
Vertex3d::$vftable@:
| -24 //Vertex3d::$vftable@::偏移量为-24，即指向base Point2d的vfptr位置。
0 | &Vertex3d::fun1
直接复制（继承）的
vfptr应该进行修正。
注意到，
Vertex3d::$vbtable@Point3d@:
0 | 0
1 | 12 (Vertex3dd(Point3d+0)Point2d)
Vertex3d::$vbtable@Vertex@:
0 | -4 // Vertex3d::$vbtable@Vertex，偏移量-4是相对整个derived class而言，而20是该vbptr相对于virtual base Point2d的位置。
1 | 20 (Vertex3dd(Vertex+4)Point2d)6.指向Data Members的指针
如何区分一个“没有指向任何data member”的指针和一个指向“第一个data member”的指针？
如
float Point3d::*p1 = NULL;
float Point3d::*p2 = &pointed::x;
每一个真正的member的offset值都被加上1。（为此，在真正使用该值去指出一个member之前，需先减掉1。）
如何通过origin.z计算origin的起始地址？
取一个nonstatic data member的地址，将得到它在class中的offset；
取一个绑定于真正class object身上的data member的地址，将会得到该member在内存中的真正地址。
因此 , &origin.z所得结果 - z的偏移量（相对应origin的起始地址）
+ 1 = origin的起始地址
参考资料及推荐资料：
1290
扫一扫
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
