C++继承时的对象模型

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在没有继承时对象的内存模型很简单，成员变量和成员函数会分开存储：

对象的内存中只包含成员变量，存储在栈区或堆区（使用 new 创建对象）；
成员函数与对象内存分离，存储在代码区。

当存在继承关系时，内存模型会稍微复杂一些。

继承时的内存模型

有继承关系时，派生类的内存模型可以看成是基类成员变量和新增成员变量的总和，所有成员函数仍在另外一个区域——代码区，由所有对象共享。请看下面的代码：

#include <cstdio>
using namespace std;

class A{
protected:
char a;
int b;
public:
A(char a, int b): a(a), b(b){}
void display(){
printf("a=%c, b=%d\n", a, b);
}
};

class B: public A{
private:
int c;
public:
B(char a, int b, int c): A(a,b), c(c){ }
void display(){
printf("a=%c, b=%d, c=%d\n", a, b, c);
}
};

int main(){
A obj_a('@', 10);
B obj_b('@', 23, 95);
return 0;
}

obj_a 是基类对象，obj_b 是派生类对象。假设obj_a 的起始地址为 0X1000，那么它的内存分布如下图所示：



虽然变量 a 仅占用一个字节的内存，但由于内存对齐的需要，编译器会添加 3 个无用的字节（图中灰色部分），保证地址是 4 的倍数。后面的讲解中将忽略内存对齐，假设 a 的长度为4个字节。

假设 obj_b 的起始地址为 0X1100，那么它的内存分布如下图所示：



可以发现，基类的成员变量排在前面，派生类的排在后面。

下面再由 B 类派生出一个 C 类：

class C: public B{
private:
int d;
public:
C(char a, int b, int c, int d): B(a,b,c), d(d){ }
};

C obj_c('@', 45, 1009, 39);

假设 obj_c 的起始地址为 0X1200，那么它的内存分布如下图所示：



成员变量按照派生的层级依次排列，新增成员变量始终在最后。

有成员变量遮蔽时的内存分布

更改上面的C类：

class C: public B{
private:
int b;  //遮蔽A类的变量
int c;  //遮蔽B类的变量
int d;  //新增变量
public:
C(char a, int b, int c, int d): B(a,b,c), b(b), c(c), d(d){ }
void display(){
printf("A::a=%c, A::b=%d, B::c=%d\n", a, A::b, B::c);
printf("C::b=%d, C::c=%d, C::d=%d\n", b, c, d);
}
};

C obj_c('@', 23, 95, 2000);

假设 obj_c 的起始地址为 0X1300，那么它的内存分布如下图所示：



当基类A、B的成员变量被遮蔽，仍然会留在派生类对象 obj_c 的内存中，C 类新增的成员变量始终排在基类A、B的后面。

总结：派生类的对象模型中，会包含所有基类的成员变量。这种设计方案的优点是访问效率高，能够在派生类对象中直接访问基类变量，无需经过好几层间接计算。