C++目前使用的对象模型:
此模型下,nonstatic数据成员被置于每一个类的对象中,而static数据成员则被置于类对象之外,static和nonstatic函数也都放在类对象之外(通过函数指针指向),而对于virtual函数,则通过虚函数表+虚函数指针来支持:
1)每个类生成一个表格,称为虚表(virtual table,简称vtbl),虚函数表中存在一堆指针,这些指针指向该类的每一个虚函数,虚表中的函数地址按照声明时的顺序排列
2)每个类对象都有一个虚表指针(简称vptr),由编译器为其生成,虚表指针的设定和重置皆由类的相关函数控制(构造函数,析构函数,赋值操作符),虚表指针vptr的位置由编译器决定,一般编译器把vptr放在一个类对象的最前端(也就是说对象的地址就是vptr的地址)
3)虚函数表的前面设置了一个指向type-info的指针,用以支持RTTI(Run Time Type Identification,运行时类型识别),RTTI是为支持多态生成的信息,包括对象的继承关系,对象本身的描述等,只有具有虚函数的对象才会生成
样例:
class Base { public: Base(int i) :baseI(i){}; int getI(){ return baseI; } static void countI(){}; virtual void print(void){ cout << "Base::print()"; } virtual ~Base(){} private: int baseI; static int baseS; };
单继承(父类含虚函数)
原则:
1.子类和父类各自拥有一个虚函数表
2.若子类并没有overwrite父类虚函数,那么子类就使用父类虚函数
3.若子类overwrite了父类虚函数,则子类虚函数将覆盖虚子类虚函数表中对应的父类虚函数
4.若子类声明了自己的虚函数,则该虚函数地址将扩充到虚函数表最后
样例:
#include <iostream> using namespace std; class Base { public: virtual void fun1() { cout << "Base fun1" << endl; } virtual void fun2() { cout << "Base fun2" << endl; } private: int a; }; class Derive : public Base { public: void fun2() { cout << "Derive fun2" << endl; } virtual void fun3() {} private: int b; }; int main() { Base b; Derive d; Base *p = &d; p->fun1(); p->fun2(); return 0; } /* 程序运行结果: Base fun1 Derive fun2 */
一般多继承(不考虑菱形继承的多继承,因为菱形继承需要用到虚继承,之后讨论)
原则:
1.若子类新增虚函数,则放在声明的第一个父类的虚函数表中
2.若子类重写了父类的虚函数,所有父类的虚函数表都要改变
3.内存布局中,父类按照其声明顺序排列
#include <iostream> using namespace std; class Base1 { public: virtual void fun1() {} private: int m_base1; }; class Base2 { public: virtual void fun1() {} virtual void fun2() {} private: int m_base2; }; class Derive : public Base1,public Base2 { public: void fun1() {} virtual void fun3() {} private: int m_derive; }; int main() { Base1 b1; Base2 b2; Derive d; cout <<"b1:" <<sizeof(b1) << endl; //虚表指针大小+sizeof(int) cout << "b2:" << sizeof(b2) << endl; //虚表指针大小+sizeof(int) cout <<"d:" << sizeof(d) << endl; //两个虚表指针大小+3*sizeof(int) return 0; } /* 程序结果: b1:8 b2:8 d:20 */
简单虚继承
虚继承可以解决菱形继承的情况
原则:
1.虚继承的子类,如果本身定义了新的虚函数,则编译器为其生成一个新的虚函数指针(vptr)以及一张虚函数表,该vptr位于对象内存的前面(对比非虚继承:直接扩展父类虚函数表)
2.虚继承的子类也单独保留了父类的vptr和虚函数表
3.虚继承的子类有虚基类表指针(vbptr)
ps:在c++对象模型中,虚继承而来的子类会生成一个隐藏的虚基类指针(vbptr),虚基类表指针总是在虚函数表指针之后,因而对于某个实例来说,如果它有虚基类指针,那么虚基类指针可能在0字节偏移处(该类没有vptr,vbptr就位于实例内存布局的最前面,否则vptr位于最前面),也可能存在类实例的4字节偏移处
样例:
#include <iostream> using namespace std; class Base { public: virtual void fun1() {} virtual void fun2() {} private: int m_base; }; class Derive : virtual public Base { public: void fun1() {} virtual void fun3() {} private: int m_derive; }; int main() { Base b; Derive d; return 0; }
菱形虚继承
菱形虚继承是多继承和虚继承的复合
内存模型如下: