淺談C++中派生類對象的內(nèi)存布局
主要從三個方面來講:
1 單一繼承
2 多重繼承
3 虛擬繼承
1 單一繼承
(1)派生類完全擁有基類的內(nèi)存布局,并保證其完整性。
派生類可以看作是完整的基類的Object再加上派生類自己的Object。如果基類中沒有虛成員函數(shù),那么派生類與具有相同功能的非派生類將不帶來任何性能上的差異。另外,一定要保證基類的完整性。實際內(nèi)存布局由編譯器自己決定,VS里,把虛指針放在最前邊,接著是基類的Object,最后是派生類自己的object。舉個栗子:
class A { int b; char c; }; class A1 :public A { char a; }; int main() { cout << sizeof(A) << " " << sizeof(A1) << endl; return 0; }
輸出是什么?
答案:
8 12
A類的話,一個int,一個char,5B,內(nèi)存對齊一下,8B。A1的話,一個int,兩個char,內(nèi)存對齊一下,也是8B。不對嗎?
我說了,要保證基類對象的完整性。那么一定要保證A1類前面的幾個字節(jié)一定要與A類完全一樣。也就是說,A類作為內(nèi)存補齊的3個字節(jié)也是要出現(xiàn)在A1里面的。也就是說,A類是這樣的:int(4B)+char(1B)+padding(3B)=8B,A1類:int(4B)+char(1B)+padding(3B)+char(1B)+padding(3B)=12B。
(2)虛指針怎么處理?
還是視編譯器而定,VS是永遠把vptr放在對象的最前邊。如果基類中含有虛函數(shù),那么處理情況與上邊一樣。可是,如果基類中沒有虛函數(shù)而派生類有的話,那么如果把vptr放在派生類的前邊的話,將會導(dǎo)致派生類中基類成分并不在最前邊。這將帶來什么問題呢?舉栗:假設(shè)A不含虛,而A1含。
A *pA; A1 obj_A1; pA=&obj_A1;
如果A1完全包含A并且A位于A1的最前邊,那么編譯器只需要把&obj_A1直接賦給pA就可以了。如果不是呢?編譯器就需要把&obj_A1+sizeof(vptr)賦給pA了。
2 多重繼承
說結(jié)論:VS的內(nèi)存布局是按照聲明順序排列內(nèi)存。再舉個栗子:
class point2d { public: virtual ~point2d(){}; float x; float y; }; class point3d :public point2d { ~point3d(){}; float z; }; class vertex { public: virtual ~vertex(){}; vertex* next; }; class vertex3d :public point3d, public vertex { float bulabula; }; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { cout << sizeof(point2d) << " " << sizeof(point3d) << " " << sizeof(vertex) << " " << sizeof(vertex3d) << endl; return 0; }
輸出: 12 16 8 24。
內(nèi)存布局:
point2d: vptr(4)+x(4)+y(4)=12B
point3d: vptr+x+y+z=16B
vertex: vptr+next=8B
vertex3d: vptr+x+y+z+vptr+next+bulabula=28B
為什么需要多個虛指針?請往下看。
3 虛擬繼承
(1)為什么要有“虛繼承”這樣的機制?
簡單講,虛繼承是為也防止“diamond”繼承所帶來的問題。也就是類A1、A2都繼承于A,類B又同時繼承于A1、A2。這樣一來,類B中就有兩份類A的成員了,這樣的程序無法通過編譯。我們改成這樣的形式:
class A { public: int a; virtual ~A(); virtual void fun(){cout<<"A"<<endl;} }; class A1 :public virtual A { public: int a1; virtual void fun(){cout<<"A1"<<endl;} }; class A2 :public virtual A { public: int a2; virtual void fun(){cout<<"A2"<<endl;} }; class B :public A1,public A2 { public: int b; virtual void fun(){cout<<"B"<<endl;} virtual void funB(){}; };
這樣就能防止這樣的事情發(fā)生。
(2)虛擬繼承與普通繼承的區(qū)別:
普通繼承使得派生類每繼承一個基類便擁有一份基類的成員。而虛擬繼承會把通過虛擬繼承的那一部分,放在對象的最后。從而使得只擁有一份基類中的成員。虛擬對象的偏移量被保存在Derived類的vtbl的this指向的上一個slot。比較難理解。下面我給你個栗子。
(3)虛擬繼承的內(nèi)存布局:
每個派生類會把其不變部分放在前面,共享部分放在后面。
上面四個類的大小是怎樣的呢?
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { cout << sizeof(A) << " " << sizeof(A1) << " " << sizeof(A2) << " " << sizeof(B) << endl; return 0; }
輸出:8 16 16 28
內(nèi)存布局:
A: vptr+a=8B
A1: vptr+a1+vptrA+a=16B
A2: vptr+a2+vptrA+a=16B
A3: vptr+a1+vptrA2+a2+b+vptrA+a=28B
上個草圖:
那究竟為什么需要多個虛指針?將對象內(nèi)存布局和虛表結(jié)構(gòu)搞清楚之后,答案是不是呼之欲出呢?
是的,因為這樣可以保證在將子類指針/引用轉(zhuǎn)換成基類指針時編譯器可以直接根據(jù)對像的內(nèi)存布局進行偏移,從而使得指向的第一個內(nèi)容為虛指針,進而實現(xiàn)多態(tài)(根據(jù)靜態(tài)類型執(zhí)行相應(yīng)動作)。
以上就是小編為大家?guī)淼臏\談C++中派生類對象的內(nèi)存布局全部內(nèi)容了,希望大家多多支持腳本之家~
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