C++对象模型

前言

对C++对象的内存布局、虚表指针、虚基类指针等进行深入解析。本文的结论都在VS2013上得到验证。不同的编译器在内存布局的细节上可能有所不同。

何为C++对象模型

引用《深度探索C++对象模型》这本书中的话：

有两个概念可以解释C++对象模型 1. 语言中直接支持面向对象程序设计的部分。 2. 对于各种支持的底层实现机制。

直接支持面向对象程序设计，包括了构造函数、析构函数、多态、虚函数等等，这些内容在很多书籍上都有讨论，也是C++最被人熟知的地方（特性）。而对象模型的底层实现机制却是很少有书籍讨论的。对象模型的底层实现机制并未标准化，不同的编译器有一定的自由来设计对象模型的实现细节。在我看来，对象模型研究的是对象在存储上的空间与时间上的更优，并对C++面向对象技术加以支持，如以虚指针、虚表机制支持多态特性。

文章内容简介

这篇文章主要来讨论C++对象在内存中的布局，属于第二个概念的研究范畴。而C++直接支持面向对象程序设计部分则不多讲。文章主要内容如下：

• 虚函数表解析。含有虚函数或其父类含有虚函数的类，编译器都会为其添加一个虚函数表,vptr，先了解虚函数表的构成，有助对C++对象模型的理解。
• 虚基类表解析。虚继承产生虚基类表(vbptr)，虚基类表的内容与虚函数表完全不同，我们将在讲解虚继承时介绍虚函数表。
• 对象模型概述：介绍简单对象模型、表格驱动对象模型，以及非继承情况下的C++对象模型。
• 继承下的C++对象模型。分析C++类对象在下面情形中的内存布局：
  
  • 单继承：子类单一继承自父类，分析了子类重写父类虚函数、子类定义了新的虚函数情况下子类对象内存布局。
  • 多继承：子类继承于多个父类，分析了子类重写父类虚函数、子类定义了新的虚函数情况下子类对象内存布局，同时分析了非虚继承下的菱形继承。
  • 虚继承：分析了单一继承下的虚继承、多重基层下的虚继承、重复继承下的虚继承。
• 理解对象的内存布局之后，我们可以分析一些问题：
  
  • C++封装带来的布局成本是多大？
  • 由空类组成的继承层次中，每个类对象的大小是多大？
    至于其他与内存有关的知识，我假设大家都有一定的了解，如内存对齐，指针操作等。本文初看可能晦涩难懂，要求读者有一定的C++基础，对概念一有一定的掌握。

【原文】图说C++对象模型：对象内存布局详解