C++对象模型

基本C++对象模型

如下面的Base类定义：

其对象在内存中的分配如下：



在此模型中，non static数据成员被放置到对象内部，static数据成员（放置到全局数据区），static函数成员（放置到全局数据区），non static函数成员（放置到代码段）均被放到对象之外。对于虚函数的支持则分两步完成：

每一个class产生一堆指向虚函数的指针，放在表格中。这个表格称为虚函数表（virtual table，vtbl）。
每一个对象被添加一个指针，指向相关的虚函数表vtbl。称这个指针为vptr。vptr的设定和重置都由每一个class的构造函数、析构函数和拷贝赋值运算符自动完成。

另外，虚函数表的地址前面设置了一个指向type_info的指针，RTTI运行时类型识别，由编译器在编译时生成特殊类型的信息，包括对象继承关系，对象本身描述，RTTI是为多态而生成的信息，所以只有具有虚函数的对象才会生成。

这个模型的优点在于它的空间和存取时间的效率；缺点是如果应用程序本身未改变，但当其非静态的成员函数添加、删除或修改时，需要重新编译。

无重写的单继承

无重写，即派生类中没有与基类同名的虚函数。有如下派生类：

Base、Derived的类图如下所示：

Base的模型跟上面一样，不受继承的影响。Derived不是虚继承，所以是扩充已存在的虚函数表，所以结构如下所示：

有重写的单继承

派生类中重写了基类的print()函数。

Base、Derived_Overwrite的类图如下所示：

重写print()函数在虚函数表中如下：

C++中加入多继承

从单继承可以知道，派生类中只是扩充了基类的虚函数表。如果是多继承的话，又是如何扩充的呢？

每个基类都有自己的虚表；
子类中的成员函数被放到了第一个基类的表中；
内存布局中，其父类布局依次按声明顺序排列；
每个基类的虚表中的print()函数都被overwrite成了子类的print()。这样做就是为了解决不同的基类类型的指针指向同一个子类的实例，而能够调用到实际的函数。

上面的三个类中，Derived_Mutlip_Inherit继承自Base、Base_1两个类，Derived_Mutlip_Inherit的结构如下所示：

C++对象模型中加入虚继承

虚继承是为了解决重复继承中多个间接父类造成的二义性问题，所以不能简单的扩充每个基类的虚函数表，这样会造成基类有多个虚函数表。
虚继承的派生类的内存结构，和普通继承完全不同。虚继承的子类，有单独的虚函数表，另外也单独保存一份父类的虚函数表，两部分用0X00000000来做分界。派生类的内存中，首先是自己的虚函数表，然后是自己的数据成员，然后是0X00000000，然后就是基类的虚函数表和基类的数据成员。
如果派生类没有自己的虚函数，就不会有自己的虚函数表，但是派生类的数据成员和基类之间，仍然需要0X00000000来间隔。
因此，在虚继承中，派生类和基类的数据，是完全间隔的，先存放派生类自己的虚函数表和数据，中间以0X00000000间隔，最后保存基类的虚函数表和数据。如果派生类复写了基类的虚函数，则将派生类内存中基类的虚函数表的相应函数替换。

简单虚继承

简单虚继承的两个类Base、Derived_Virtual_Inherit1的关系如下所示：

Derived_Virtual_Inherit1的对象模型如下图：

菱形继承

菱形继承关系如下图：

Derived_Virtual的对象模型如下图：



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