《深入探索C++对象模型》笔记之第一章关于对象

1.0

C++的编程范式一共有三种，分为程序模型（procedural model）、抽象数据类型模型（abstract data type model, ADT）和面向对象模型（object-oriented model）。这三种范式不止在程序风格上有显著的不同，在程序的思考上也有明显的差异。
在C++中加上封装后的布局成本：与C struct相比并没有增加成本。在C++中，布局及存取时间上的主要额外负担来自virtual引起的，包括：
 - virtual function机制 用以支持一个有效率的“执行期绑定”
 - virtual base class 用以实现“多次出现在继承体系中的base class，有一个单一而被共享的实例”

1.1 C++对象模型

在C++中，有两种class data member: static 和 nonstatic, 以及三种class member function: static、nonstaic 和 virtual。
在Stroustrup当初设计的模型中，Nonstatic data member 被配置于每一个class object之内，static data member 则被存放在个别class object 之外。static 和 nonstatic function member 也被放在个别的class object 之外。Virtual function 则以两个步骤支持之：
 1. 每个 class 产生一堆指向 virtual function 的指针，放在表格中。这个表格被称为 virtual table(vtbl)。
 2.  每个class object被安插一个指针，指向相关的 virtual table。通常这个指针被称为 vptr。vptr 的设定和重置都由每一个 class 的 constructor、destructor 和 copy assignment运算符自动完成（在第五章详细讨论）。每一个 class 所关联的 type_info object 也经由 virtual table 被指出，通常放在表格的第一个slot。 

继承模型

C++最初的继承模型：base class subobject 的 data member 被直接放置于 derived class object 中。这提供了对 base class members 最紧凑而且最有效的存取。但是，base class member 的任何改变，使得所有用到“此base class 或者其 derived class 之 object”者都必须重新编译。
对于 virtual base object，需要一些间接的 base class 表现方法（我们在第三章详细讨论）。

对象模型如何影响程序

举个栗子，看下面函数，其中class X定义了一个 copy constructor、一个virtual destructor 和一个 virtual function foo:

X foobar()
{
    X xx;
    X *px = new X;
    //foo 是一个 virtual function
    xx.foo();
    px->foo();

    delete px;
    return xx;
}

这个函数有可能被转化为：

//可能的内部转换结果
//虚拟C++代码
void foobar(X &_result)
{
    //构造 _result
    // _result 用来取代 local xx...
    _result.X::X();

    //扩展X *px = new X;
    px = _new( sizeof(X) );
    if( px != 0 )
        px->X::X();

    //扩展 xx.foo() 但不使用virtual
    foo( &_result );

    //使用 virtual 机制扩展 px->foo();
    ( *px->vtbl[2] )( px );

    //扩展 delete px
    ( *px->vtbl[1] )( px );
    _delete( px );

    //无须使用 named return statement
    //无须摧毁 local object xx
    return;
}

对象的差异

C++以下列方法支持多态：

• 经由一组隐式的转化操作。例如把一个 derived class 指针转化为一个指向其 public base type 的指针：
  shape *ps = new circle();
• 经由 virtual function 机制

• 经由 dynamic_cast 和 typeid 运算符

  需要多少内存才能表示一个 class 呢？一般而言需要：

• 其 nonstatic data members 的总和大小

• 加上任何由于 alignment 的需求而填补上去的空间
• 加上为了支持 virtual 而由内部产生的任何额外负担

指针的类型
指向不同类型的指针，它们之间有什么区别？
以内存需求角度来说，并没有什么不同，都是要有足够的内存来放置一个机器地址（通常是一个word）。
区别在于，涵盖的地址大小不同。例如有：

int a;  //假设a的地址为 1000
double b; //假设b的地址为 2000
int *pInt = &a; //pInt:1000
double *pDouble = &b; //pDouble:2000
++pInt; //pInt: 1004
++pDouble; //pDouble: 2008

可以看到，pInt的涵盖的内容大小是一个sizeof(int) = 4，pDouble涵盖的大小是一个sizeof(double)。