C++对象模型之何为对象模型？

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考试紧张2018-07-31 20:35:19

首先问大家一个问题，何为C++对象模型？有些读者可能一时半会不知道怎么回答，或者还不理解这是什么意思。那就仔细的往下看吧。

C++对象模型可以概括为以下2部分：

1、语言中直接支持面向对象程序设计的部分；

2、对于各种支持的底层实现机制。

语言中直接支持面向对象程序设计的部分，如构造函数、析构函数、虚函数、继承（单继承、多继承、虚继承）、多态等等。本文重点介绍底层实现机制。

我们都知道在C语言中，“数据”和“处理数据的操作（函数）”是分开声明的，也就是说，语言本身并没有支持“数据和函数”之间的关联性。想想在C中，struct是不能申明函数的，只能通过间接的方式“函数指针”。在C++中，通过抽象数据类型（Abstract Data Type，ADT），在类中定义数据和函数，来实现数据和函数直接的绑定。概括来说，在C++类中有两种数据成员：static，nonstatic；三种成员函数：static、nonstatic、virtual。

例如下面的程序中展示的，麻雀虽小五脏俱全，程序虽短，但很典型。
​

 

#include<iostream>

using namespace std;

class Base

{

 

public:

Base(int);

virtual ~Base(void);

int getIBase() const;

static int instanceCount();

virtual void print() const;

protected:

int iBase;

static int count;

};

Base类在编译器中我们如何构建出各种成员数据和成员函数的呢？

为了让大家比较深刻的理解，以及为什么现在的对象模型是这样子的，我们从对象模型的演化历史开始吧。

基本C++对象模型

在介绍C++使用的对象模型之前，介绍2种对象模型：简单对象模型（A Simple Object Model）、表格驱动对象模型（A Table-Drive Object Model）。

简单对象模型（a simple object model）

 

所有的成员占用相同的空间（跟成员类型无关），对象只是维护了一个包含成员指针的一个表。表中放的是成员的地址，无论是成员变量还是函数，都是同样处理。对象并没有直接保存成员而只是保存了成员的指针。

表格对象模型（a table-driven object model）

 

这个模型在简单对象的基础上又添加了一个间接层。将函数和数据分别存储在两个表中，并保存了两个指向表格的指针。这个模型可以保证所有的对象具有相同的大小，比如简单对象模型还与成员的个数有关。其中数据成员表中包含实际数据；函数成员表中包含实际函数的地址（与数据成员相比，多一次寻址）。

C++对象模型

 

这个模型结合了上面两个模型的特点，并对内存存取和空间进行了优化。在此模型中，nonstatic数据成员被放置到对象内部，static数据成员、static和nonstatic函数成员军备放到对象之外。对于虚函数的支持则分两部分完成：

1、每一个class产生一堆指向虚函数的指针，并存放在虚函数表中（Virtual Table，vtbl）；

2、每个对象被添加了一个指针，指向相关的虚函数表vtbl。通常这个指针被称为vptr。vptr的设定和重置都由每一个class的构造函数，析构函数和拷贝赋值运算符自动完成。

另外，虚函数表地址的前面设置了一个指向type_info的指针，RTTI（Run Time Type Identification）运行时类型识别是由编译器在编译时生成的特殊类型信息，包括对象继承关系，对象本身的描述。RTTI是为多态而生成的信息，所以只有具有虚函数的对象才会生成。

这个模型的优点在于它的空间和存取时间的效率；缺点如下：如果应用程序本身未改变，当所使用的类的nonstatic数据成员添加删除或修改时，需要重新编译。