深度探索C++对象模型

astrotycoon 2015-10-31

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一：C++对象模型(The C++ Object Model)

1：不带继承的C++对象模型

在C++中，有两种class data members: static 和 nonstatic，以及三种Class member functions : static,nonstatic和virtual。

比如下面的class Point 声明

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;

};

这个class Point 在机器中将会被怎么样的表现呢？我们的编译器如何模塑出各种data members 和 function members 呢？

如上图，在C++模型中，Nonstatic data members 被配置于每一个class object 之内，static data members则被放置于所有的class object 之外，Static 和 nonstatic function members 也被放在所有的class object 之外。

而对于Virtual functions ，首先每一个class 产生出一堆指向virtual functions 的指针，放在表格之中，这个表格被称之为virtual table；然后，每一个class object 被添加了一个指向这个virtual functions表格的指针。而在运行时候表现出来的多态也是由这个virtual functions的指针支持，在随后的笔记中我们会讲到。

2：加上继承(Adding Inheritance)

C++ 支持单继承和多继承。例如

class Library_materials {...};

class Book : public Library_materials {.....};

class Rental_book :public Book {...}; ....单继承模型

class iostream :　

　　　　　　public istream,

public ostream{...};

class istream :virtual pubulic ios {...};

class ostream : virtual public ios {...}; ....多继承模型

在虚拟继承中，base class 不论被继承串联中被派生多少次，永远只会存在一个实体，virtual 虚拟即共享的意思。所有的派生类共享这一个base class 实体。

多继承结构中，derived class 塑造base class 模型呢，他沿用的是对virtual functions 的方法，即每一个class object 内含有一个vptr(即志向 base class table的指针) 于是就有了下图：

二：对象模型如何影响程序

看下面的程序：其中class X定义了一个copy constructor,一个virtual destructor 和一个virtual function foo:

X foobar()

{

X xx;

X *px = new X();

//foo() 是一个virtual function

xx.foo();

px->foo();

delete px;

return xx;

}

上面这个函数将被转换成如下的函数：

 1 void foobar(X &_result)
 2 {
 3     //构造 _result
 4     //_result 来替换 local xx ....
 5     _result.X::X();
 6 
 7     //扩展 X *px = new X()
 8     px = _new(sizeof(X));
 9     if(px != 0)
10         px->X::X();
11 
12     //扩展 xx.foo() 但是不使用virtual 机制
13     // 以 _result 取代 xx
14     foo( &_result);
15 
16     //使用virtual 机制扩展 px->foo()
17     (*px->vtbl[2]) (px);
18 
19     //扩展 delete px
20     if( px != 0)
21     {
22         ( *px->vtbl[1])(px);
23         _delete (px);
24     }
25 
26     return ;
27 }