深入探索C++对象模型（1）关于对象（思维导图）

2023-11-15 22:37:16

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？

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：
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）
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）
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）
static member function，这里为PointCount()，存放在什么位置？（答：类外）
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）
nonstatic data member放在什么位置？（答：类内）
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：

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：

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》

深入探索C++对象模型（1）关于对象（思维导图）,布布扣,bubuko.com

深入探索C++对象模型（1）关于对象（思维导图）

码农公寓

Demo1：C++对象模型的内存布局

Demo2：子类的对象布局

小结：

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