class和struct的区别以及类的内存结构

C++ 中的 struct 对 C 中的 struct 进行了扩充，它已经不再只是一个包含不同数据类型的数据结构了，它已经获取了太多的功能。
    struct 能包含成员函数吗？    能！
    struct 能继承吗？            能！！
    struct 能实现多态吗？        能！！！
    有很多人应该已经知道这样一个事实，但总有些不知道的人，看到这些会感到很惊讶。是的，当我第一次注意到这个事实的时候，我也同样很吃惊。
    既然这些它都能实现，那它和 class 还能有什么区别？
    最本质的一个区别就是默认的访问控制，体现在两个方面：

 

    1 ）默认的继承访问权限。 struct 是 public 的， class 是 private 的。

    如果不知道什么是 public 继承，什么是 private 继承的，可以去查书，这里暂不讨论。

    你可以写如下的代码：

    struct A

    {

      char a;

    } ；

    struct B : A

    {

      char b;

    } ；

    这个时候 B 是 public 继承 A 的。如果都将上面的 struct 改成 class ，那么 B 是 private 继承 A 的。这就是默认的继承访问权限。所以我们在平时写类继承的时候，通常会这样写：

    struct B : public A

    就是为了指明是 public 继承，而不是用默认的 private 继承。

    当然，到底默认是 public 继承还是 private 继承，取决于子类而不是基类。我的意思是， struct 可以继承 class ，同样 class 也可以继承 struct ，那么默认的继承访问权限是看子类到底是用的 struct 还是 class 。如下：

    struct A{} ；

    class B : A{};    //private 继承

    struct C : B{} ；   //public 继承

 

    2 ） struct 作为数据结构的实现体，它默认的数据访问控制是 public 的，而 class 作为对象的实现体，它默认的成员变量访问控制是 private 的。
    注意我上面的用词，我依旧强调 struct 是一种数据结构的实现体，虽然它是可以像 class 一样的用。我依旧将 struct 里的变量叫数据， class 内的变量叫成员，虽然它们并无区别。其实，到底是用 struct 还是 class ，完全看个人的喜好，你可以将你程序里所有的 class 全部替换成 struct ，它依旧可以很正常的运行。但我给出的最好建议，还是：当你觉得你要做的更像是一种数据结构的话，那么用 struct ，如果你要做的更像是一 种对象的话，那么用 class 。
    当然，我在这里还要强调一点的就是，对于访问控制，应该在程序里明确的指出，而不是依靠默认，这是一个良好的习惯，也让你的代码更具可读性。

    说到这里，很多了解的人或许都认为这个话题可以结束了，因为他们知道 struct 和 class 的 “ 唯一 ” 区别就是访问控制。很多文献上也确实只提到这一个区别。
    但我上面却没有用 “ 唯一 ” ，而是说的 “ 最本质 ” ，那是因为，它们确实还有另一个区别，虽然那个区别我们平时可能很少涉及。那就是： “class” 这个关键 字还用于定义模板参数，就像 “typename” 。但关键字 “struct” 不用于定义模板参数。这一点在 Stanley B.Lippman 写的 Inside the C++ Object Model 有过说明。
     问题讨论到这里，基本上应该可以结束了。但有人曾说过，他还发现过其他的 “ 区别 ” ，那么，让我们来看看，这到底是不是又一个区别。

    还是上面所说的， C++ 中的 struct 是对 C 中的 struct 的扩充，既然是扩充，那么它就要兼容过去 C 中 struct 应有的所有特性。例如你可以这样写：
    struct A    // 定义一个 struct
    {
     char c1;
     int  n2;
     double db3;
    };
    A a={'p',7,3.1415926};  // 定义时直接赋值
    也就是说 struct 可以在定义的时候用 {} 赋初值。那么问题来了， class 行不行呢？将上面的 struct 改成 class ，试试看。报错！噢 ~ 于是那人跳出来说，他又找到了一个区别。我们仔细看看，这真的又是一个区别吗？
    你试着向上面的 struct 中加入一个构造函数（或虚函数），你会发现什么？对， struct 也不能用 {} 赋初值了。的确，以 {} 的方式来赋初值，只是用 一个初始化列表来对数据进行按顺序的初始化，如上面如果写成 A a={'p',7}; 则 c1,n2 被初始化，而 db3 没有。这样简单的 copy 操作，只能发生在简单的数据结构上，而不应该放在对象上。加入一个构造函数 或是一个虚函数会使 struct 更体现出一种对象的特性，而使此 {} 操作不再有效。事实上，是因为加入这样的函数，使得类的内部结构发生了变化。而加入一个普通的成员函数呢？你会发现 {} 依旧可用。其实你可以将普通的函数理解成对数据结构的一种算法，这并不打破它数据结构的特性。至于虚函数和普通成员函数有什么区别，我会具体写篇文章讨论。

    那么，看到这里，我们发现即使是 struct 想用 {} 来赋初值，它也必须满足很多的约束条件，这些条件实际上就是让 struct 更体现出一种数据机构而不 是类的特性。那为什么我们在上面仅仅将 struct 改成 class ， {} 就不能用了呢？其实问题恰巧是我们之前所讲的 —— 访问控制！你看看，我们忘记了什 么？对，将 struct 改成 class 的时候，访问控制由 public 变为 private 了，那当然就不能用 {} 来赋初值了。加上一个 public ，你会 发现， class 也是能用 {} 的，和 struct 毫无区别！！！

    做个总结，从上面的区别，我们可以看出， struct 更适合看成是一个数据结构的实现体， class 更适合看成是一个对象的实现体。所以我会提出什么时候用 struct 什么时候用 class 的建议。如果你有不同的看法，欢迎讨论。

 

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我的读后感：

1. 类的默认构造函数 ?( 虚拟函数？析构函数 ? 虚拟析构函数？ )What is behind the scene? 等弄完这阵子有时间得看看《 inside the C++ object model 》

2. COM 中在 <objbase.h> 中的 #define interface struct 定义给我留下了很深的印象！

 

 

 

 

 

//****************** 再转一篇 也是跟类的内存结构有关的

  http://blog.sina.com.cn/s/blog_54ce5b83010000z9.html

 

许 多同学可能在学习 C++ 的时候，都会感到一定的困惑，继承到底是怎样分配空间的，多态到底是如何完成的，许许多多的问题，必须挖掘到 C++ 底层处理机制， 才能搞明白。有许多 C 程序员也并不认同 C++ ，他们认为 C++ 庞大又迟缓，其更重要的原因是，他们认为 “C++ 是在你的背后做事情 ” 。的确， C++ 编译器 背着程序员做了太多的事情，所以让很多不了解其底层机制的人感到困惑。想成为一个优秀的程序员，那么这样的困惑就不应该存在，只有了解了底层实现模型，才 能写出效率较高的代码，自信心也比较高。
    我们先从一个简单但有趣的例子谈起。有如下的 4 个类：
    class X {};
    class Y : public virtual X {};
    class Z : public virtual X {};
    class A : public Y, public Z {};
    上面的 4 个类中，没有任何一个类里含明显的数据，之间只是表示了继承关系，那么如果我们用 sizeof 来测量它们的大小，将会得到什么结果呢？
    你可能会认为，既然没有任何数据和方法，大小当然为 0 ，而结果肯定会出乎你的意料，即使是 class X 的大小也不为 0 。
    在不同的编译器上，将会得到不同的结果，而在我们现在最常用的 VC++ 编译器上，将得到如下的结果：
    sizeof X 的结果是 1 。
    sizeof Y 的结果是 4 。
    sizeof Z 的结果是 4 。
    sizeof A 的结果是 8 。
    惊讶吗？那么为什么会得到这样的结果？让我们一个一个来分析。
    对于一个空的 class ，事实上并不是空的，它有一个隐晦的 1 byte ，那是被编译器安插进去的一个 char 。这使得这个 class 的两个对象得以在内存中配置独一无二的地址，这就是为什么 sizeof X 的结果是 1 。
    那么 Y 和 Z 呢，怎么会占用 4 byte ？其实它们的大小受到三个因素的影响：
    1.  语言本身所造成的额外负担：当语言支持多态时，就会导致一些额外负担。在派生类中，这个额外负担表现在一个指针上，它是用来指向一个被称作 “ 虚函数列表 ” 的表格。而在 VC++ 编译器上，指针的大小正好是 4 byte 。
    2.  编 译器对于特殊情况所提供的优化处理：在 class Y 和 class Z 中，也将带上它们因为继承 class X 而带来的 1 byte ，传统上它被放在派生类的固定部分的尾端。而某些编译器（正如我们现在所讨论的 VC++ 编译器）会对空的基类提供特殊的处理，在这个策略下，一个空的基类 被视为派生类对象最开头的一部分，也就是说它并没有花费任何额外空间（因为既然有了成员，就不需要原本为了空类而安插一个 char 了），这样也就节省了这 1 byte 的空间。事实上，如果某个编译器没有提供这种优化处理，你将发现 class Y 和 class Z 的大小将是 8 byte ，而不仅仅是 5 byte 了，原因正如下面第 3 点所讲。
    3. “ 对齐 ” （ Alignment ）机制：在大多数机器上，群聚的结构体大小都会受到 alignment 的限制，使它们能够更有效率地在内存中被存取。 Alignment 就是将数值调整到某数的整数倍。在 32 位计算机上，通常 alignment 为 4 byte （ 32 位），以使总线达到最大的 “ 吞吐量 ” ，在这种情况下，如上面所说，如果 class Y 和 class Z 的大小为 5 byte ，那么它们必须填补 3 byte ，最终得到的结果将是 8 byte 。是不是开始感谢 VC++ 编译器幸好有这样的优化机制，使得我们节约了不少内存空间。
    最后，我们再来看看 class A ，它的大小为什么是 8 byte ？显而易见，它继承了 class Y 和 class Z ，那么它的大小直接就把 class Y 和 class Z 的大小加起来就够了。真有这么简单吗？实际上这只是一个巧合而已，这是因为之前编译器的优化机制掩盖这里的一些事实。对于没有优化的 class Y 和 class Z 来说，他们的大小都是 8 byte ，那么继承了它们两个的 class A 将是多大呢？ 16 byte ？如果你有这样的编译器试一下的话，你会发现答案是 12 byte 。怎么会是 12 byte 呢？记住，一个虚拟继承的基类只会在派生类中存在一份实体，不管它在 class 继承体系中出现了多少次！ class A 的大小由下面几部分决定：

l          被大家共享的唯一一个 class X 的实体，大小为 1 byte 。

l          基类 class Y 的大小，减去因虚拟继承的基类 class X 而配置的大小，也就是 4 byte 。基类 class Z 的算法相同，它们加起来就是 8 byte 。

l          class A 自己的大小， 0 byte 。

l          class A 的 alignment 的大小（如果有的话）。前述三项的总和是 9 byte ，那么调整到 4 byte 的整数倍，也就是 12 byte 。

    我们前面讨论的 VC++ 编译器得出的结果之所以是 8 byte ，是因为 class X 实体的那 1 byte 被拿掉了，于是额外的 3 byte 也同样不必了，因此就直接把 class Y 和 class Z 的大小加起来，得到 8 byte 。
    这个例子看懂了吗？是不是对 C++ 的底层机制开始感兴趣了？那么我们再来举一个同样有趣的例子。
    有这样一个类：
    class A {
    private:
        int a;
        char b;
        char c;
        char d;
    };
    它的大小是多少呢？
    如果你有记得我之前提到的 alignment 机制的话，你应该会猜到它的大小是 8 byte 。的确如此， int a 占用 4 byte ， char b , char c 和 char d 各占 1 byte ，加起来是 7 byte ，再加上 alignment 额外带来的 1 byte ，总共是 8 byte 。
    瞧，就是这么简单，那么现在我们把里面的成员变量换换位置，如下：
    class A {
    private:
        char d;
        int a;
        char b;
        char c;
    };
    我们将 char d 拿到第一个位子，放在 int a 之前。那么现在你能告诉我 class A 的大小是多少呢？你肯定不会再猜 8 byte 了，因为你会觉得这与上面似乎有些不同，但你不能肯定到底是多大。不敢确定的时候就去试试吧，原来是 12 byte ，这又是怎么回事呢？同样的类，只是改变了成员变量的位子，怎么就会多出 4 byte 的存储空间？其实这一切又是由变量的存储规则造成的。对于一个类来说，它里面的成员变量（这里单指非静态的成员变量 . 静态的成员变量是在全局存储区，不在类的 size 中 ） 是按声明的顺序存储在内存空间中的。在第一种的情况中，它们紧紧的排列在一起，除了由于 alignment 所浪费的 1 byte 空间外，它们几乎用了最小的存储空间；而在第二种情况中，它们则不是排列得那么紧密了，错误就在于 char d ，它一个人就占用了 4 byte 。为什么它会占用 4 byte 呢，其实责任也不全在它，后面的 int a 也有不可推卸的责任。 Int 型数据在 VC++ 编译器中正好是占用 4 byte 的，等于一个 alignment 量，而这 4 byte 一定是密不可分的。当 char d 占用了 1 byte 后，其后空出了 3 byte （对于一个 alignment 量来说），而一个 int 型数据不能被拆成 3 byte +1byte 来存储，那样编译器将无法识别，因此 int a 只有向后推到下一个 alignment 的开始，这样 char d 就独占了 4 byte ，中间有 3 byte 浪费掉了。而后面的 char b 和 char c 依旧紧密排列，最后又由于 alignment 调整 2 byte ，整个类的大小就变为了 12 byte 。
    看了这个例子，是不是该反省以前随意定义成员变量了？如果你要定义一个含 3 个 int 型数据和 4 个 char 型数据的类，本来最优化的方法只需要 16 byte ，而你却随意的定义成如下的样子：
    class F{
    private:
       char c1;
       int i1;
       char c2;
       int i2;
       char c3;
       int i3;
       char c4;
    };
    看看结果是什么，这个类竟然要占据 28 byte 的空间，比刚才整整大了 12 byte ！
    再来看看继承的时候，成员变量是怎样存放的。我们将第 2 个例子中的 class A 改成三层的继承模式，或许我们在做项目中，真的会遇到这样的情况。
    class A1{
    private:
        int a;
        char b;
    };
    class A2: public A1{
    private:
        char c;
    };
    class A3:public A2{
    private:
        char d;
    };
    现在我们来预测一下 class A3 的大小，是 8 byte 吗？不，结果竟是 16 byte ，竟然整整多了 1 倍。这是为什么呢？按照成员变量的排列顺序， int a,char b,char c,char d 应该紧密的排列在一起， 8 byte 没错。但事实并非如此，这些都是因为继承而造成的。知道 “ 在继承关系中，基类子对象在派生类中会保持原样性 ” 吗？或许这样专业的一句话，你并不能 明白是什么意思，那么听我下面的分析。在为派生类分配内存空间的时候，都是先为基类分配一块内存空间，而所谓的 “ 原样性 ” 是指基类原本在内存空间中是什么 样子，那么它在派生类里分配的时候就是什么样子。拿这个例子来说， class A1 占据了 8 byte 的空间，其中 int a 占 4 byte ， char b 占 1 byte ，因 alignment 而填补 3 byte 。对于 class A1 来说，占据 8 byte 空间没什么好抱怨的，但是 class A2 呢？轻率的程序员会认为， class A2 只在 class A1 的基础上增加了唯一一个 char c ，那么它应该会和 char b 绑在一起，占用原本用来填补空间的 1 byte ，于是 class A2 的大小是 8 byte ，其中 2 byte 用于填补空间。然而事实上， char c 是被放在填补空间所用的 3 byte 之后，因为在 class A2 中分配的 class A1 应该完全保持原样，于是 class A2 的大小变成 12 byte ，而不是 8 byte 了，其中有 6 byte 浪费在填补空间上。相同的道理使得 class A3 的大小是 16 byte ，其中 9 byte 用于填补空间。
    那么也许你会问，既然 “ 原样性 ” 会造成这样多的空间浪费，那么编译器为什么还要这样做呢？其实这样做是有它的必要的。我们考虑下面这种情况：
    A1* pA1=new A1();
    A1* pA2=new A2();
    *pA1=*pA2;
    我们定义了两个 A1 型指针，一个指向 A1 对象，一个指向 A2 对象。现在我们执行一个默认的复制操作（复制一个个的成员变量），那么这样一个操作应该是把 pA2 所指的对象的 A1 那部分完全复制到 pA1 所指的对象里。假设编译器不遵循 “ 原样性 ” ，而是将派生类的成员和基类的成员捆绑在一起存放，去填补空间， 那么这样的操作变会产生问题了。 A1 和 A2 都占 8 byte ， pA2 会将其所指的 8 byte 空间里的内容全部复制给 pA1 所指的对象，那么 pA1 所指的对象本来只有 2 个数据， 3 byte 的填补空间，而复制后却变成了 3 个数据， 2 byte 的填补空间了，对于 char c ，我们并不想把它复制过来的。这样完全破坏了原语意，而这样引起的 bug 几乎是无法察觉的。

 

////////////////////////////////// 附注

五大内存分区
     在 C++ 中，内存分成 5 个区，他们分别是堆、栈、自由存储区、全局 / 静态存储区和常量存储区。
     栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清楚的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。
     堆，就是那些由 new 分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个 new 就要对应一个 delete 。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。
     自由存储区，就是那些由 malloc 等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用 free 来结束自己的生命的。
     全局 / 静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的 C 语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在 C++ 里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。
     常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改，而且方法很多