深度探索C++对象模型-第三章

说明：

​ 不是很清楚的点，用下划线。

​ 解答，用斜体；

​ 重点，用粗体加粗；

第二章 Data 语意学

3.2 Data Member 的布局

非静态成员变量在class object中的排列顺序将和其声明的顺序一样的。但C++ standard允许编译器将多个access sections之中的data members自由排列，不必在乎他们的出现在class中的声明顺序。

3.3 Data Member 的存取

存取代价：

每一个member 的存取许可（private public protected），以及与class的关联，并不会导致任何空间上或执行时间上的额外负担——不论是在个别的class objects 或是在static data member 本身。

static data members：

静态数据成员（static data members） 被视为global变量，只有一个实体，存放在程序的data segment（数据段）之中，每次取static member 就会被内部转化为对该唯一的extern 实体的直接参考操作。若取一个static data member的地址，会得到一个数据类型的指针，而不是只想起class member的指针。

nonstatic data members：

只要程序猿在一个成员函数中直接处理一个非静态成员变量，“隐式类对象（this指针）”就会出现。

欲对一个nonstatic data member 进行存取操作，编译器需要把this指针（class object的起始地址）加上data member的偏移量。

非静态成员变量的偏移量在编译时期就可以获知，即使这个成员变量是属于被派生的类。因此存取效率高。

3.4 继承 与 Data Member

class Point2d{
    public:
        //....
    private:
        float x,y;
}
class Point3d{
    public:
        //....
    private:
        float x,y,z;
}

讨论上述结构，与 “提供继承结构” 有什么不同？

下面分四种情况讨论。

1.只要继承不要多态

具体继承（相对于虚拟继承）并不会增加空间或存储时间上的额外负担。这种情况base class和derived class的objects都是从相同的地址开始，其差异只在于derived object 比较大，用以容纳自建的静态数据成员，把一个derived class object指定给base class 的指针或引用（一定要通过指针或引用），并不需要编译器去调停或修改地址，提供了最佳执行效率。

2.加上多态

即在继承关系中，提供一个虚函数接口。

多态带来了程序弹性，但这种弹性会带来空间和存取时间的额外负担：

1. 导入一个虚函数表 ，用来存储它所声明的每一个virtual functions的地址。
2. 在每一个class object中导入一个vptr，提供执行期的链接，使每一个object能够找到相应的virtual table。
3. 加强constructor，使它能够为vptr设定初始值，让它指向class 所对应的virtual table 。
4. 加强destructor，使它能够消抹“指向class 相关virtual table”的vptr。

3.多重继承

class point2d{
    public:
        //....
    protected:
        float x,y;
}
class Vertex{
    public:
        //....
    protected:
        Vertex *next;
}
class Vertex3d: public point2d, public Vertex{ 
    //point2d是第一个base class，Vertex是第二个
    public:
        //....
    protected:
        float mumble;
}

对于一个多重派生对象，将其地址指定给“最左端（第一个）base class的指针”，情况和单一继承时相同，因为二者都指向了相同的起始地址；至于第二个或后面的base class 的地址指定操作，则需要将地址修改过：加上（或减去，如果是downcast）介于中间的base class subobject(s)的大小。

如果要存取第二个（或后面）的base class 中的一个data member ，会增加额外的成本吗？不需要付出额外的成本，因为members的位置在编译时期就固定了，因此存取member只是一个简单的offset的运算。

4.虚拟继承

这一部分比较难，并且各个编译器实现方式不同。

class如果含有一个或多个 virtual base class subobjects 将被分割为两部分：一个不变区域和一个共享区域。

• 不变区域中的数据，不管后继如何衍化，总是能有固定的offset，这部分可以被直接存取；
• 至于共享区域，所表现的就是virtual base class subobject ，这个部分数据，其位置因为每次派生操作而有变化，所以只能间接存取。

总结：

虚拟继承内存布局