Preface

这章主要是根据第一章的内容，进一步讲解object的存储方式，更详细的阐述内存布局。详细说了在继承、virtual时的data members的存放。（对于template类的静态成员不同）

和第一章说的一样，C++对象模型，针对内存的布局以及相应的操作行为，主要都是为了virtual这个关键词而做的包括虚函数以及虚拟继承，尤其是针对虚拟继承。

指向类成员的指针对已有的理解有很大冲击。。一直以为指针存的都是内存的地址，可以通过指针直接找到地方，原来存的并不是都是地址。。。还可能存offset

第三章 Data语义学

class X {};
class Y : public virtual X {};
class Z : public virtual X {};
class A : public Y, public Z {};
sizeof(X) => 1
sizeof(Y) => 8
sizeof(Z) => 8
sizeof(A) => 12
//vc编译器优化后的
sizeof(X) => 1
sizeof(Y) => 4
sizeof(Z) => 4
sizeof(A) => 8

一个空的类，理论上不占任何内存，但为保证其存在性，编译器会增加一个char进去，保证不同类及objects之间在内存中地址不重复

对于类Y和Z：这两个类同时虚继承一个类X，大小受三个因素影响：

1. 语言本身造成的overhead（虚指针）：当语言支持虚基类时，导致一些额外负担。派生类存在一个指针，它指向virtual base class subobject（虚基类子对象）或者一个存放前者的相关表格，表格里存放着虚基类子对象的地址或者其偏移位置offset。在例子中Y和Z这部分指针大小是4bytes（32位机器上，类的虚指针vptr一般是4bytes）。
2. 编译器对于特殊情况提供的优化处理：因为Y和Z也是空类，和X一样，也有1byte的char，放在派生类的固定部分的尾端。（编译器对empty virtual base class的处理，不同编译器有不同实现。）针对YZ做优化，因为已经有了overhead占用空间，此时可以不增加1byte，这样对第三项的对其就不用+1直接达到整数倍，就是4bytes。
3. Alignment的限制：聚合的结构体大小会受到alignment对齐的限制，32位计算机alignment是4bytes使得bus运输量达到最高效率。因此类空间会被补全到alignment的整数倍，padding大小为3bytes。因此这两个类的大小：4+1+3=8bytes。

对于A，其virtual base class subobject只会在dervied class中寸一份实例，实际大小是X的1+Y的5减去重复的X的1为4+同理Z的4+补全3=12。如若编译器优化，整个A的object是有实际空间大小的，则不需要对X进行一个char的补充，总体是8不需要补全。

我的理解subobject：文中提到的object表示这一个对象完整的内存占用空间，而subobject只这个空间的一部分，只在继承时出现，比如A的object实际上就有Y和Z的subobject，同时还有唯一的X subobject，最后是A object=X subobject+Y subobject+Z subobject+A独有的空间

一个object大小取决于：所有nonstatics data member+针对virtual的增加内容+内存alignment边界调整需要

Data member的绑定

对成员函数本身的分析（evaluate）会直到整个类的声明都出现了才开始。所以类的成员函数可以引用声明在后面的成员，C 语言做不到。由于函数内的分析时类声明已经完成，对于全局变量、成员变量、局部变量均已被声明，可按照正常作用域范围实现绑定（早期的问题：成员变量声明在函数后会绑定到全局变量）

对于类型定义typedef：在成员函数的参数使用被定义类型时，不会等到函数class声明完成，若class前声明了typedef内容，成员函数后在class内同样声明了内容，那么成员函数的参数的实际类型，按照外部的声明执行，并不会等class完全声明后再解析。

对于typedef声明，若全局的声明在class外，若class内部的如与全局重名需声明在class开头。或一切类内typedef均写在开头。

Data member布局

同一个access section（即private、public、protected等区段）中，members的排列只需要符合“较晚出现的members在object中有较高的地址”即可。各个members不一定连续排列，members之间可能由于alignment需要填补bytes。

同一个access下的所有members按照其声明顺序存储。

数据成员存取

静态

static data members被视为一个global变量，只在class生命范围内可见，且只有一个实例，存在全局域中。会被编译器提取到class外。每次操作static member时都会被内部转化为对该唯一extern实例的直接参考操作。

通过一个指针和通过一个对象来存取static member结论完全相同，都会按照类名::静态数据成员=XX调用。包括通过函数的返回值.静态数据成员也会被处理成：函数();类名::静态数据成员;

对于不同class具有同名static data members，会导致在全局域重名，编译器会进行name-mangling，此操作保证：

1. 一个算法，推导出独一无二的名称。
2. 万一编译系统需要和使用者交谈，那些独一无二的名称可以轻易地推导回原来的名称。

非静态

非静态数据成员在每一个class object内，只能通过显式或隐式的class object来获取。在成员函数中直接处理非静态成员，就回通过隐式对象（this指针表达）来完成读写，不写this->时就是隐式。

对非静态数据的读写，编译器通过把class object的起始地址，加上data member的偏移地址offset来获取。每一个非静态数据成员的offset在编译时期即可获知，即使member属于base class subobject也一样。因此，存取一个非静态成员，其效率和存取一个C struct member或nonderived class的member是一样的。

对于偏移offset，A a;a.x=0.0;被翻译成&a+(&A::x-1);。指向datamember的指针，其offset值总是被加上1，这样可以使编译系统区分出“一个指向data member的指针，用以指出class的第一个member”和“一个指向data member的指针，没有指出任何member”两种情况。

也就是当offset值为0的时候指向的就是“没有指出任何member”，为1的时候就是第一个class member，被-1操作以后分别是-1和0

对于通过指针进行存取，如果被操作成员是一个struct member、class member、单一继承、多重继承的情况下完全相同。当被操作对象是虚拟继承中的成员时会有变化，此时无法确定指针具体是那个class type，需要在执行期进行判断。

继承与数据成员

有继承，无多态

也就是无virtual。

出现在derived class中的base class subobject有其完整原样性。

对于一个object来说，其内每个subobject都是独立个体，分别进行内存的对其补全，也就是一个baseclass只有一个char mamber，其占用空间为4，当前也有一个char，总占用就是8，不会将不同subobject空间压缩。

为了避免：子类对象=父类对象，这样的赋值过程中如果出现压缩，可能会导致父类对象中补全空间的值覆盖掉子类对象中“相同位置已经被压缩填充其他subobject内容”的空间

有多态

有虚函数

父类有虚函数，子类继承。此时布局结构是 父类subobject中包含vptr和data member以及 子类的subobject只包含自己的datamember构成整体的object。一共一个vptr。

涉及到vptr放到哪的问题，放在table首位。首部则无法支持对c struct的继承，尾部可以。在父类无虚函数、子类有虚函数的情况下，如果vptr无论何时都在object的首部，将子类类型指针改为父类时需要编译器介入，处理当前object头部为vptr，而父类无虚函数的问题。

多重继承

按照集成顺序存放subobject，若多个base均有vptr，则最后的object就有多个vptr，不会整合vptr。仍然是保证“出现在derived class中的base class subobject有其完整原样性。”

对于base中数据成员的存取不需要额外的成本，仍然是一次offset运算，因为上述整合结构在编译器已经确定，每个member均有固定位置。

有些编译器做了优化，若第一个base无vptr，则会将后续有vptr的提前。

虚拟继承virtual inheritance

虚拟继承本质是在多重集成情况下，考虑到继承串链中涉及到重复的base class，以多重集成方式避免在object中出现重复的subobject

将object分为两个部分，一个不变区域，一个共享区域。不变区域存储常规的subobject，共享区域存储涉及到虚拟继承的subobject。对于不变区域符合前面的操作，对于共享区域需要有专用的存取方法，主要问题：

1. 每一个object对其每一个virtual base class提供一个指针，这样object的大小会因虚拟父类数量而变化。
2. 同时虚拟继承串联的增加会导致间接存取层次增加，因为每个objcet只存直接到虚拟继承产生的指针。

微软：每个object当有虚拟继承时增加一个指针，指向增加虚拟基类表，虚拟机类表存储每个虚拟基类的指针，解决第一个问题。

Sun：把虚拟基类的offset值存到vtbl虚函数表中。相应的vtbl的索引区分正负数，整数索引为虚函数，负数索引为虚拟基类offset。也解决了第一个问题，保证object大小一致。

virtual base class最有效的运用形式：一个抽象的virtual base class 没有任何data members。

上述策略中，对虚拟继承导致的存取，只体现在对每个虚拟基类的数据成员的操作上，没有数据成员就可避免成本。

指向类成员的指针

float Point3d::*p1 = &Point3d::x;

此时p1指向了Point3d类中x成员，但是p1存的值是x的实际位置相对于Point3d的偏移值，嗯，后面还有个加一。

假如没有vptr，x作为一个成员，那么这个值就是1。假如有vptr，且被编译器放在首位，这个值就是5（32位下一个vptr占用了4）

vc++对这个+1做了特殊处理，所以看到的是0和4。

对于加一的问题：
float Point3d::*p2 = 0;
如果不加1，那么p1和p2都是x的偏移值，无法识别是0还是第一个member

所以指向类成员的指针存的是相对于类的(偏移值+1)，并不是内存的实际地址。当然仔细理解也是正常，因为获取的是class的他并没有实例化成object，也就是并没有实际空间，给出偏移就可以在实际空间存在后进行操作：

Point3d *pPointObject;pPointObject->*p1;

Techie亮博客，转载请注明：Coologic » 《深度探索C++对象模型》笔记（3）

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