深入探索C++对象模型(1) 关于对象(思维导图)

深入探索C++对象模型(1) 关于对象(思维导图)

通过上面整个关于对象的基础知识框架,我们来分析两个例子,看一下在内存中,对象究竟长什么样。

 

Demo1:C++对象模型的内存布局

class Point {
public:
Point( float xval );
virtual ~Point(); float x() const;
static int PointCount(); protected:
virtual ostream&
print( ostream &os ) const;
float _x;
static int _point_count;
]};

对于上面这个Point类,在内存中是怎么布置起来的呢?

  1. 我们将这个问题分为几个小问题,考虑篇幅,答案直接给在问题后面:
  2. 构造函数存放在什么位置?(答:类外或者类内,由构造函数的定义位置所决定)
  3. 析构函数存放在什么位置?(答:虚函数表中的一个表项指向,即指针指向)
  4. nonstatic member function,这里为x()函数,存放在什么位置?(答:由构造函数的定义位置所决定)
  5. static member function,这里为PointCount(),存放在什么位置?(答:类外)
  6. 虚函数放在什么位置?(答:虚函数表中的一个表项指向,即指针指向)
  7. nonstatic data member放在什么位置?(答:类内)
  8. static data member放在什么位置?(答:类外)

根据以上这些问题,我们可以给出如下的对象布局方式:

深入探索C++对象模型(1) 关于对象(思维导图)

由此可见,对于虚函数来说,它们由一个虚函数表统一管理,而在对象中只存放指向该虚函数表的指针。

 

Demo2:子类的对象布局

在Demo1中,我们了解了一个对象在内存中是如何存放的,现在我们给它加上继承机制

即父类派生的子类的对象在内存中是如何布局的

看下面这段代码:

class ZooAnimal {
public:
ZooAnimal();
virtual ~ZooAnimal();
// ...
virtual void rotate(); protected:
int loc;
String name;
}; class Bear : public ZooAnimal {
public:
Bear();
~Bear();
// ...
void rotate();
virtual void dance();
//....
protected:
enum Dances { ... }; Dances dances_known;
int cell_block;
}; class Panda : public Panda {
// ........
};

这里使用了二层继承 ZooAnimal <--- Bear <--- Panda.

思考下面这段代码,在内存中的布局是怎样的呢?

{
ZooAnimal za; // 对象分配在栈上
ZooAnimal *pza; // 指针分配在栈上 Bear b; //对象分配在栈上
Panda *pp = new Panda // pp指针分配在栈上,对象new在堆中 pza = &b;
}

根据注释上所说,我们在内存中的相应的位置,按顺序设想一下该段代码执行后内存中栈和堆的布局情况:

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这个图中并没有考虑栈和堆的增长方向不同的因素,所以这里也就不深究。

栈中发生了什么很容易看得出,我们着重看一下在堆中的Panda对象的内存分布:

发现Panda对象被分成了三个部分,Panda对象 = Panda对象自己的一部分+Bear对象部分(Bear对象部分 = Bear对象自己的一部分 +基类ZooAnimal部分)

在栈中的Bear对象也是同样的道理。

由此图,我们大致了解了子类在内存中的布局。

因此,父类和子类之间的类型转换,即多态的实现,就可以认为是指针的覆盖范围的变换,而对内存布局没有影响。

 

小结:

简单探讨了一下对象在内存中的布局问题,以及如果通过布局来实现继承和多态的。

 

如果不正确的地方欢迎指正。

参考资料:

《深入理解C++对象模型》

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