【C++对象模型】之Data Members

Data Member语义

C++将nonstatic data members直接放在每一个class object中。对于继承而来的nonstatic data members(不管是virtual或是nonvirtual base class)也是如此.

static data members被放置在程序的一个global data segment中，不会影响个别的class object的大小。在程序中，不管class被产生出多少个objects，static data members永远只有1份实体（甚至，即时该class没有object实体，其static data member也已经存在）。

Point3d origin;Point3d &p;origin.x = 0.0;p->x = 0.0;//问题：通过origin和p存取x，开销有什么区别？从class和data member的角度来分析。

​ 首先，要区分x是static还是nonstatic。如果是static，那么不管是origin还是p，他们是没有任何区别的。因为static data member是放在data segment中，不同class的如果有名称冲突，就用name mangling来解决。

​ 其次，如果x是nonstatic data member。在编译时期，会把nonstatic data member直接复制到子类中，所以他的偏移量是已经确定了的。不管是class本身就有的，还是继承来的（包括多重继承）。但是，如果data member是从virtual base class继承来的，那么就会慢一些，因为通过指针我们无法确定p到底指向的是谁，所以要到执行期才能确定。而Point3d origin，就一定是一个Point3d所以data member的偏移量在编译时就确定了。

继承 与 Data Member

• base class subobject 在 derived class中原样性，指的是出现在derived class中的base class subject有其完整的原样性。这里就包括了内存对其的情况，也就是说为了抽象化，会使得derived class所占的空间变大。

1.单一继承且不含virtual function

• 由于继承保证的原样性，导致子类空间可能会变大。主要是因为父类有内存对其的行为，子类必须把padding也复制过来，否则就破坏了原样性。

2.单一继承且含有virtual function

为了支持多态，增加了virtual function，必然带来空间和存取时间的额外负担，主要表现如下：

• 生成一个Virtual table，用来存放它所声明的每一个virtual function地址。table元素的数据一般是被声明的virtual function的数目再加上一两个slots（用来支持runtime type identification)。
• 在每一个class object中导入一个vptr，提供执行期的链接，使每一个object能够找到相应的virtual table。
• 加强constructor，使它能够为vptr设定初值，让它指向class所对应的virtual table。这可能以为这在derved class和每一个base class的constructor中，重新设定vptr的值。
• 加强destructor，使它能够抹消“指向class之相关virtual table”的vptr。要知道，vptr很可能在derived class destructor中被设定为derived class的virtual table地址。而且，destructor的调用次序是反的。

3.多重继承

​ 多重继承，按照声明的顺序，从上到下依次排列 subobject。所以，无论是存取哪一个的data member，都不需要付出额外的成本。members的位置在编译的时候就固定了，因此存取members只是一个简单的offset运算，就像单一继承一样简单—-不管是经由一个指针、一个reference或是一个object来存取。

4.虚拟继承

总体思路就是把数据分为固定部分和共享部分。固定部分直接放到前面，不在变化。共享部分就是virtual base class的部分，有两种处理办法，分别对应两种内存布局。

• 在每一个子类中安插一个指针，指向virtual base class。 固定部分全都都放在最前面，然后放置一个指针指向virtual base class，然后放置vptr。

• 在每一个子类的virtual table开头处，记录下virtual base class相对于当前subobject的offset。省去了每个指针的所占的内存大小。
  

指向Data Member的指针

区分& Point3d::x 和 & origin.x:

1. 取一个nonstatic data member的地址，将会得到它在class中的offset。 &Point3d::x
2. 绑定于真正class object身上的data member的地址，将会得到该member在内存中的真正地址。 & origin.x

为了区分一个没有指向任何data member的指针，和一个指向第一个data member的指针，所以每一个真正的member offset值都被加上一。

float Point3d::*p1 = 0;float Point3d::*p2 = &Point3d::x;    if ( p1 == p2){   cout << "p1 p2 contain the same value -- they must address the same member " << endl;}// 这个是可以区分的，因为就算x在第一个，他的offset也被加了1. 也就是说 &Point3d::x表示取x的offset，而offset都是真实的offset+1。