C++对象模型

C++中有两种数据成员：

• 静态
• 非静态

三种成员函数：

• 静态
• 非静态
• 虚函数

C++对象模型内存布局如下：

• 非静态数据成员在对象之内
• 静态数据成员在对象之外
• 静态、非静态成员函数在对象之外
• 类中存在虚函数时，一个类对应一个virtual table（vtbl）放在对象之外，对象中安插一个指针vptr指向这个表。但vptr放在对象的什么位置上要视编译器而定。vptr的设置由构造、析构、赋值运算符函数自动完成。

C++对象模型如下图所示：

每个类相关联的信息由vtbl内的一个slot指出，用来支持RTTI机制。

测试例程：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class A {
public:
    int x, y;
    static int s;
    void f1() { }
    static void f2() { }
    virtual void f3() { }
};
int A::s = 123;
 
int main()
{
    cout << "size = " << sizeof(A);
    return 0;
}

运行结果：

可以看出，对象所在内存中只包含有整型变量x、y、vptr，其它成员全部存在于对象之外。

下面讨论继承体系下的对象模型。下面这个测试例程有点意思：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class A {
public:
    int x, y;
 
};
 
class B: public A {
};
 
class C: virtual public A {
};
 
int main()
{
    cout << "class B size = " << sizeof(B) << endl;
    cout << "class C size = " << sizeof(C) << endl;
    return 0;
}

运行结果：

类C采用了虚继承，内部就多了四字节。这是由于虚继承的特性决定的：在虚拟继承情况下，基类（虚基类）不管在继承链中被派生多少次，永远只会存在一个实例。和virtual table类似，也存在一个指针表（virtual base class table），表中每个指针指向一个虚基类地址，在对象中也安插一个指针指向这个表（微软的编译器就采用了这种做法）。所以类C才会增加了四字节空间。同时，基类（不管是不是虚基类）的数据成员直接被放置于派生类对象中。所以，class C所占空间为8+4=12字节。

如果有如下class：

class X {
public:
    virtual ~X()
    {}
 
    virtual void foo()
    {}
 
private:
    int a, b;
};

那么class X的模型应该如下所示：

环境：

Win7 + VS2013

参考：

《深度探索C++对象模型》 P9-P13.