C++对象模型

一、C++对象模型

C++对象模型包括两个层次：

1. 语言层面：语言总直接支持面向对象程序设计的部分；

2. 编译器层面：对于各种支持的底层实现机制。

C++对象模型的“不变量”，是指对象模型是在编译时期确定的，没有办法在执行期动态增加或修改。

二、对象模型概览

1. C++对象模型组成

(1)数据:static和nonstatic

(2)函数:static\、nonstatic、virtual

(3)继承:单继承、多继承和虚拟继承

2. 简单对象模型

对象由slots组成，每个slot指向一个数据成员或成员函数。基类作为一个数据成员，也占有一个slot。

优点:避免成员数据类型造成的对象大小不同，

缺点:占用新的空间，间接性导致存取时间增加。

3. 表格驱动模型

对象采用成员函数表和数据成员表组成。每个表包含多个slots，指向成员数据或者成员函数。

4. C++对象模型

(1)nonstatic成员数据保存在每个class object内部；

(2)static成员数据保存在所有的class object对象之外；

(3)static和nonstatic成员函数则放在所有的class object对象之外；

(4)virtual成员函数则采用间接访问：

a.每个class产生一堆指向virtual成员函数的指针，放在表格中，称为virtual table；

b.每个class object添加一个指针，指向，称为vptr。

c.vptr的设定和重置都是由class的构造函数、析构函数和复制赋值运算符来完成。

d.每个class所关联的类型信息也是保存在virtual table中，通常放在表格的第一个slot中。

(5)virtual base class采用virtual base table或通过扩充virtual table来维护每一个virtual base table的位置。

5.对象模型差异

(1)过程模型procedural model：分离的数据和函数，函数只是用来处理数据；

(2)抽象数据类型模型abstract data type model：采用一组公开接口表达抽象；

(3)面向对象模型object-oriented model：通过抽象的基类封装相关的类型，提供共通的接口。

a.面向对象程序员需要处理的是一个未知对象，但是该对象的类型受限于其继承体系；
b.面向对象通过指针和引用操作类对象，继承层次间的赋值操作会导致对象信息损失；
c.ADT编程范型中的对象是一个拥有固定而单一类型的实体，在编译期已经确定；
d.面向对象通过public class组织类型，并利用指针和引用操作类对象实现多态，C++的多态通过如下方式实现：
i.把派生类指针转化为基类指针；
ii.经由虚函数机制调用接口；
iii.把派生类指针转化为基类指针；
a.面向对象通过指针和引用操作类对象，