C++中对象的内存映像

C 中对象的内存映像 1 内容 数据成员变量在内存中的布局 类在内存中的映像 多态的实现机制 集体讨论 2 typedefunsignedcharBYTE enumColor Red 0X01 Blue Green Yellow Black structcar boolm hasSkyLight Colorm color boolm isAutoShift doublem price BYTEm seatNum 该结构体的对象在内存中占多少个字节 15 3 32 4 自然对齐 基本数据类型 short int double 的变量不能简单的存储于内存中的任意地址处 它们的起始地址必须能被它们占用的字节数整除 复合类型是由基本类型构成的 对象的起始地址要能够满足要求最严格的成员变量自然对齐的要求 如果类中有复合类型的成员变量 依次往后类推 除了整个对象要求自然对齐外 内部的成员变量也要自然对齐 编译器不仅考虑了单个对象的自然对齐要求 还考虑到了对象数组的对齐要求 5 Car的内存布局 TypedefunsignedcharBYTE EnumColor Red 0X01 Blue Green Yellow Black Structcar boolm hasSkyLight Colorm color boolm isAutoShift doublem price BYTEm seatNum 204048 末尾填充 编译器按照成员变量声明的顺序分配空间 为满足各个成员变量自然对齐的要求 可能会在末尾填充若干字节 对象本身的自然对齐取决于自然对齐要求最高的那个成员变量 6 如上 编译器不会随便地在任意一个内存地址上创建一个C C的变量和对象 它们在内存中的首地址要满足一定的条件 数据成员也不是紧挨在一起的 而且每个成员的地址也不是随意安排的 都是经过了编译器的精心规划和计算 这样才能提高对象及其成员的访问效率 解决的办法按照成员变量所占字节从大到小的顺序依次声明 如果满足所有成员的自然对齐 内存将会有大量的浪费 如何有效的利用内存呢 7 TypedefunsignedcharBYTE enumColor Red 0X01 Blue Green Yellow Black Structcar doublem price Colorm color boolm hasSkyLight boolm isAutoShift BYTEm seatNum 调整后 对象所占内存变为16个字节 末尾只有一个填充字节 如果想将末尾填充的字节也利用了 可以吸收掉末尾的填充字节 在该例中 可以将m seatNum设置为short型 综上所述 类的数据成员类型的选择 声明顺序即排列 采用的对齐方式 都将影响着对象的实际大小和访问效率 8 在MSC C中 支持用户在代码中显示的指定复合类型的对齐方式 可用的对齐方式有1 2 4 8 16 复合类型对象在内存中创建后 每个成员本身的地址取决于它们相对于对象起始地址的偏移字节数 而这个偏移字节数不仅仅与排在它们前面的成员的大小有关 还与用户为这个对象类型指定的成员对齐方式有关 ifdef MSC VER pramapack push 4 按4字节对齐 endiftypedefunsignedcharBYTE enumColor Red 0X01 Blue Green Yellow Black Structcar boolm hasSkyLight Colorm color boolm isAutoShift doublem price BYTEm seatNum ifdef MSC VER pragmapack pop endif 9 声明顺序和对齐方式一经确定 每个成员的地址偏移量就确定了 不随对象的改变而改变 一个复合类型的对象在内存中满足了自然对齐的要求 但是其中一些数据成员本身却可能不是自然对齐的 上例中 按4个字节自然对齐时 其大小变为24个字节 而成员m price的地址却不能被8整除 内容 数据成员变量在内存中的布局 类在内存中的映像 多态的实现机制 集体讨论 10 11 ClassRectangle public Rectangle m length 0 m width 0 Rectangle floatGetLength const returnm length floatGetWidth const returnm width voidDraw protected Rectangle constRectangle 12 用户内存区 Rectanglerect1 Rectanglerect1 程序静态数据区 m count 代码段 Rectangle Rectangle constRectangle copy Rectangle operator constRectangle assign Rectangle Rectangle Rectangle Rectangle Rectangle Getlength Rectangle Getwidth Rectangle对象的内存映像 Rectangle Draw 内容 数据成员变量在内存中的布局 类在内存中的映像 多态的实现机制 集体讨论 13 14 classShape public Shape m color 0 virtual shape floatGetColorconst returnm color voidSetColor floatcolor m color color virtualDraw 0 纯虚函数private floatm color classRectangle publicShape public private 15 程序静态数据区 m count 代码段 Rectangle Rectangle constRectangle copy Rectangle operator constRectangle assign Rectangle Rectangle Rectangle Rectangle Rectangle Getlength Rectangle Getwidth Rectangle Draw type info 加上继承和多态特性的Rectangle对象模型 Shape GetColor Shape SetColor 16 增加了继承和虚函数的类的对象模型更加复杂 具体规则如下 为每一个多态类创建一个虚函数指针数组vtable 该类的所有虚函数 继承自基类的或者新增的 的地址都保存在这张表里 多态类的每一个对象中安插一个指针成员vptr 隐藏的 其类型为指向函数指针的指针 它总是指向所属的vtable 也就是说 vptr当前所在的对象是什么类型 就指向这个类型的vtable 如果基类已经插入了vptr 则派生类将继承和重用该vptr 为了支持RTTI RuntimeTypeIdentification 为每一个多态类创建一个type info对象 并把其地址保存在vtable一个固定位置 一般为第一个位置 这取决于编译器 只有虚函数访问需要经过vptr的间接寻址 增加了一层间接性 带来了一些额外的开销 17 关于vtable中虚函数指针的排列顺序 有以下规则 一个虚函数如果在当前class中第一次出现 如果在基类中已经出现过 不算第一次 则将其地址插入到该class的每一个vtable的尾部 如果派生类改写了基类的虚函数 则这个函数的地址在派生类vtable中的位置与它在基类vtable中的位置一致 也就是说虚函数第一次出现的时 它在vtable中的位置一旦确定 就不会随着派生层次的增加而改变 派生类没有改写的基类的虚函数被继承插入到派生类vtable中 且在派生类vtable中的位置与其在基类中的位置相同 即派生类的vtable布局兼容其基类的vtable 18 classShape public Shape m color 0 virtual shape floatGetColorconst returnm color voidSetColor floatcolor m color color virtualDraw 0 纯虚函数private floatm color classRectangle publicShape public virtualintGetName Private 19 20 vptr的初始化 vptr并非static成员 因此只能在构造函数中进行初始化 由于每一个派生类