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內(nèi)存模型描述的是程序中各變量（實(shí)例域、靜態(tài)域和數(shù)組元素）之間的關(guān)系，以及在實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中將變量存儲(chǔ)到內(nèi)存和從內(nèi)存取出變量這樣的低層細(xì)節(jié).不同平臺(tái)間的處理器架構(gòu)將直接影響內(nèi)存模型的結(jié)構(gòu).
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首先介紹一下C++中有繼承關(guān)系的類對(duì)象內(nèi)存的布局：
在C++中，如果類中有虛函數(shù)，那么它就會(huì)有一個(gè)虛函數(shù)表的指針__vfptr，在類對(duì)象最開(kāi)始的內(nèi)存數(shù)據(jù)中。之后是類中的成員變量的內(nèi)存數(shù)據(jù)。
對(duì)于子類，最開(kāi)始的內(nèi)存數(shù)據(jù)記錄著父類對(duì)象的拷貝（包括父類虛函數(shù)表指針和成員變量）。之后是子類自己的成員變量數(shù)據(jù)。
對(duì)于子類的子類，也是同樣的原理。但是無(wú)論繼承了多少個(gè)子類，對(duì)象中始終只有一個(gè)虛函數(shù)表指針。
為了探討C++類對(duì)象的內(nèi)存布局，先來(lái)寫(xiě)幾個(gè)類和函數(shù)
首先寫(xiě)一個(gè)基類：
- class Base
- {
- public:
- virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }
- virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }
- virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }
- int base;
- protected:
- private:
- };
然后，我們多種不同的繼承情況來(lái)研究子類的內(nèi)存對(duì)象結(jié)構(gòu)。
1. 無(wú)虛函數(shù)集繼承
- //子類1，無(wú)虛函數(shù)重載
- class Child1 : public Base
- {
- public:
- virtual void f1() { cout << "Child1::f1" << endl; }
- virtual void g1() { cout << "Child1::g1" << endl; }
- virtual void h1() { cout << "Child1::h1" << endl; }
- int child1;
- protected:
- private:
- };
這個(gè)子類Child1沒(méi)有繼承任何一個(gè)基類的虛函數(shù)，因此它的虛函數(shù)表如下圖：
我們可以看出，子類的虛函數(shù)表中，先存放基類的虛函數(shù)，在存放子類自己的虛函數(shù)。
2. 有一個(gè)虛函數(shù)繼承
- //子類2，有1個(gè)虛函數(shù)重載
- class Child2 : public Base
- {
- public:
- virtual void f() { cout << "Child2::f" << endl; }
- virtual void g2() { cout << "Child2::g2" << endl; }
- virtual void h2() { cout << "Child2::h2" << endl; }
- int child2;
- protected:
- private:
- };
當(dāng)子類重載了父類的虛函數(shù)，則編譯器會(huì)將子類虛函數(shù)表中對(duì)應(yīng)的父類的虛函數(shù)替換成子類的函數(shù)。
3. 全部虛函數(shù)都繼承
- //子類3，全部虛函數(shù)重載
- class Child3 : public Base
- {
- public:
- virtual void f() { cout << "Child3::f" << endl; }
- virtual void g() { cout << "Child3::g" << endl; }
- virtual void h() { cout << "Child3::h" << endl; }
- protected:
- int x;
- private:
- };
#p#
4. 多重繼承
多重繼承，即類有多個(gè)父類，這種情況下的子類的內(nèi)存結(jié)構(gòu)和單一繼承有所不同。
我們可以看到，當(dāng)子類繼承了多個(gè)父類，那么子類的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是這樣的：
子類的內(nèi)存中，順序
5. 菱形繼承
6. 單一虛擬繼承
虛擬繼承的子類的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，和普通繼承完全不同。虛擬繼承的子類，有單獨(dú)的虛函數(shù)表， 另外也單獨(dú)保存一份父類的虛函數(shù)表，兩部分之間用一個(gè)四個(gè)字節(jié)的0x00000000來(lái)作為分界。子類的內(nèi)存中，首先是自己的虛函數(shù)表，然后是子類的數(shù)據(jù)成員，然后是0x0，之后就是父類的虛函數(shù)表，之后是父類的數(shù)據(jù)成員。
如果子類沒(méi)有自己的虛函數(shù)，那么子類就不會(huì)有虛函數(shù)表，但是子類數(shù)據(jù)和父類數(shù)據(jù)之間，還是需要0x0來(lái)間隔。
因此，在虛擬繼承中，子類和父類的數(shù)據(jù)，是完全間隔的，先存放子類自己的虛函數(shù)表和數(shù)據(jù)，中間以0x分界，最后保存父類的虛函數(shù)和數(shù)據(jù)。如果子類重載了父類的虛函數(shù)，那么則將子類內(nèi)存中父類虛函數(shù)表的相應(yīng)函數(shù)替換。
7. 菱形虛擬繼承
結(jié)論：
(1) 對(duì)于基類，如果有虛函數(shù)，那么先存放虛函數(shù)表指針，然后存放自己的數(shù)據(jù)成員；如果沒(méi)有虛函數(shù)，那么直接存放數(shù)據(jù)成員。
(2) 對(duì)于單一繼承的類對(duì)象，先存放父類的數(shù)據(jù)拷貝(包括虛函數(shù)表指針)，然后是本類的數(shù)據(jù)。
(3) 虛函數(shù)表中，先存放父類的虛函數(shù)，再存放子類的虛函數(shù)
(4) 如果重載了父類的某些虛函數(shù)，那么新的虛函數(shù)將虛函數(shù)表中父類的這些虛函數(shù)覆蓋。
(5) 對(duì)于多重繼承，先存放第一個(gè)父類的數(shù)據(jù)拷貝，在存放第二個(gè)父類的數(shù)據(jù)拷貝，一次類推，最后存放自己的數(shù)據(jù)成員。其中每一個(gè)父類拷貝都包含一個(gè)虛函數(shù)表指針。如果子類重載了某個(gè)父類的某個(gè)虛函數(shù)，那么該將該父類虛函數(shù)表的函數(shù)覆蓋。另外，子類自己的虛函數(shù)，存儲(chǔ)于第一個(gè)父類的虛函數(shù)表后邊部分。
(6) 當(dāng)對(duì)象的虛函數(shù)被調(diào)用是，編譯器去查詢對(duì)象的虛函數(shù)表，找到該函數(shù)，然后調(diào)用。
到這c++類對(duì)象的內(nèi)存模型就介紹完了，希望對(duì)大家有幫助。
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當(dāng)前名稱：詳細(xì)介紹c++中的類對(duì)象內(nèi)存模型
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