C++对象模型之内存布局一

如果想学习在linux或者在linux平台下开发,学习C/或C++是非常好的选择.俗话说,术业有专攻,学一门技术,就尽量学得深,也可以作为行走江湖,混口饭吃的一项本领.

对于C,当初我是看了C与指针这门书,这本书讲解了很多我没有了解过的知识点,特别是指针讲解的很到位.最后还设计了C运行时内存模型.

对于C++的学习,我看了C++ Primer之后,进阶的书为深入理解C++对象模型,这本书讲解了C++类在内存中是如何布局以及成员函数是怎么调用,有助于理解C++多态是如何实现的.总之,受益匪浅.

接下来,我将用几篇博客聊聊C++对象模型.

无多态的对象布局

单个类

假设有以下一个类的定义:

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class A
{
public:
A(int a1=0,int a2=0);
void A1();
protected:
int a1;
int a2;
};

如果类没有虚函数,那么class的布局和c语言的struct布局一样,只有成员变量.对象内存布局如图1所示.

继承类

有一个类B继承A,定义如下:

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class B :public A
{
public:
B(int a1=0,int a2=0,int b1=0);
void B1();
protected:
int b1;
};

子类的构造函数是先构造父类,在构造子类,所以类B对象内存布局只要在A成员之后加上B的成员即可,示意图如图1: 图1 无多态下类内存布局

多态下对象内存布局

单个类

首先定义一个类,带有虚函数:

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class A
{
public:
A(int a1=0,int a2=0);
virtual void A1();
virtual void A2();
virtual void A3();
protected:
int a1;
int a2;
};

因为class A带有虚函数,所以A对象的内存布局就要增加一个指针,指向类A的虚函数表.对象模型如图2所示.深入理解C++对象模型将指针放在了对象的末尾,但是现在主流的编译器都将指针放在了对象的首位置. 图2 单继承下的对象模型

单继承

单继承类的定义如下:

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class B :public A
{
public:
B(int a1=0,int a2=0,int b1=0);
virtual void B1();
virtual void A2();
virtual void B2();
protected:
int b1;
};

当父类有虚函数时,子类继承父类的虚函数表,而且虚函数的顺序是先父类的虚函数,再子类的虚函数;当父类的虚函数被子类重写时,则虚函数表中的父类虚函数指针要替换为子类的虚函数指针,示意图如图2.

实例验证

为了验证之前的对象模型是否正确,我写了如下程序进行验证:

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#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a1=0,int a2=0){}
virtual void A1(){cout<<"A::A1()"<<endl;}
virtual void A2(){cout<<"A::A2()"<<endl;}
virtual void A3(){cout<<"A::A3()"<<endl;}
protected:
int a1;
int a2;
};
class B :public A
{
public:
B(int a1=0,int a2=0,int b1=0){}
virtual void B1(){cout<<"B::B1()"<<endl;}
virtual void A2(){cout<<"A::A2()"<<endl;}
virtual void B2(){cout<<"B::B2()"<<endl;}
protected:
int b1;
};
typedef void (*pfun)();//定义函数指针
int main(void)
{
B *bp=new B;
pfun fun=NULL;//函数指针变量,用于循环迭代虚函数表
for(int i=0;i<5;i++)
{
fun=(pfun)*((long*)*(long*)bp+i);//因为我的ubuntu是64位的,所以用long类型.如果是32位的系统,可以用int类型.
fun();
}
cout<<*((long*)*(long*)bp+5)<<endl;//输出虚函数表的结束符
return 0;
}

稍微解释下

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fun=(pfun)*((long*)*(long*)bp+i)

  • (long*)bp,将对象的指针类型转换为(long*)类型,用于取出虚函数表的地址.
  • *(long*)bp,*为取出指针指向的值.此式子即虚函数表的地址,也就是第一个虚函数的地址.
  • (long*)*(long*)bp,将虚函数表的地址指针转换为(long*),用于后续迭代.
  • *(long*)*(long*)bp,*求指针值,即为第一个虚函数的地址,最后转换为pfun指针.

该程序输出结果为: 验证C++内存模型程序输出

输出顺序和我上述一样.

多重继承,多继承以及菱形继承留在下一篇博客.