热门标签 | HotTags
当前位置:  开发笔记 > 编程语言 > 正文

C++进阶:类的内存布局与虚函数类的实现细节

篇首语:本文由编程笔记#小编为大家整理,主要介绍了[C++ 提高] --- 类的存储 和 包含虚函数的类相关的知识,希望对你有一定的参考价值。 1 从内存四区的角度分析类的存储 如果一个类包括了数据和

篇首语:本文由编程笔记#小编为大家整理,主要介绍了[C++ 提高] --- 类的存储 和 包含虚函数的类相关的知识,希望对你有一定的参考价值。



1 从内存四区的角度分析类的存储

如果一个类包括了数据和函数,用这个类去实例化对象时,系统会为每一个对象分配存储空间。每个对象所占用的存储空间只是该对象的数据部分(虚函数指针和虚基类指针也属于数据部分)所占用的存储空间,而不包括函数代码所占用的存储空间。
C++编译系统会用一段空间来存放这个共同的函数代码段,在调用各对象的函数时,都去调用这个公用的函数代码。

  C++程序的内存格局通常分为四个区:全局数据区(data area),代码区(code area),栈区(stack area),堆区(heap area)(即自由存储区)。
  全局数据区存放全局变量,静态数据和常量;
  所有类成员函数和非成员函数代码存放在代码区;
  为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等存放在栈区;
  余下的空间都被称为堆区。

  根据这个解释,我们可以得知在类的定义时,类成员函数是被放在代码区,而类的静态成员变量在类定义时就已经在全局数据区分配了内存,因而它是属于类的。对于非静态成员变量,我们是在类的实例化过程中(构造对象)才在栈区或者堆区为其分配内存,是为每个对象生成一个拷贝,所以它是属于对象的。
  应当说明,常说的“某某对象的成员函数”,是从逻辑的角度而言的,而成员函数的存储方式,是从物理的角度而言的,二者是不矛盾的。


2 C++类分析

2.1 C++类的构成

类由两部分构成:


  • 数据成员:简单类型[char/short/long/int/double/float等]、复合类型[结构体/枚举/类类型等]
  • 函数成员:虚函数、非虚函数

2.2 数据成员的存储方式 - 内存对其原则

复合类型由简单类型组成,简单类型对其原则同C语言结构体内存对其原则,很早之前已经写过,可以参看here,这里进行简单回顾。
简单类型在类的对象中对齐方式,以字节为单位进行存储。

char 1
short 2
long 4
int 4
float 4
fouble 8

取类中最长的数据成员作为对齐原则。例如,类中最长为 double,那么就是8 个字节。


2.3 函数成员的存储方式

非虚函数是存放在代码区的,不占用类的存储空间。
在一个类的某个函数前加上virtual关键字,这个函数就变成了虚函数。编译器处理虚函数的方法是:为每个类对象添加一个隐藏成员,隐藏成员中保存了一个指向函数地址数组的指针,称为虚表指针(vptr),这种数组成为虚函数表(virtual function table, vtbl),即,每个类使用一个虚函数表,每个类对象用一个虚表指针。


2.4 实例验证类大小

读完上面的分析,现在来看示例代码,进行验证

代码示例

#include <iostream>
/*******************Test1***********************/
class Test1
public:
Test1();
~Test1();
public:
int n1;
char c1;
short s1;
private:
int n2;
char c2;
short s2;
;
Test1::Test1()


Test1::~Test1()



/*******************Test1 end***********************/
/*******************Test2***********************/
class Test2
public:
Test2();
~Test2();
void func0();
friend void func1();
void func2() const ;
inline void func3() ;
static void func4() ;
// virtual void func5();
public:
int n1;
char c1;
short s1;
private:
int n2;
char c2;
short s2;
;
Test2::Test2()


Test2::~Test2()



void Test2::func0()


void func1()


void Test2::func2() const


inline void Test2::func3()


void Test2::func4()


// void Test2::func5()
//
//
/*******************Test2 end***********************/
int main(void)

Test1 test1_;
Test2 test2_;
printf("sizeof test1 &#61; %ld\\n", sizeof(test1_));
printf("sizeof test2 &#61; %ld\\n", sizeof(test2_));
return 0;

编译输出&#xff1a;

打开注释之后&#xff0c;编译输出【测试机器为x64】&#xff1a;

总结&#xff1a;


  • C&#43;&#43;编译系统中&#xff0c;数据和函数是分开存放的(函数放在代码区&#xff1b;数据主要放在栈区和堆区&#xff0c;静态/全局区以及文字常量区也有)&#xff0c;实例化不同对象时&#xff0c;只给数据分配空间&#xff0c;各个对象调用函数时都都跳转到(内联函数例外)找到函数在代码区的入口执行&#xff0c;可以节省拷贝多份代码的空间
  • 类的静态成员变量编译时被分配到静态/全局区&#xff0c;因此静态成员变量是属于类的&#xff0c;所有对象共用一份&#xff0c;不计入类的内存空间
  • 静态成员函数和非静态成员函数都是存放在代码区的&#xff0c;是属于类的&#xff0c;类可以直接调用静态成员函数&#xff0c;不可以直接调用非静态成员函数&#xff0c;两者主要的区别是有无this指针
  • 存在虚函数的类&#xff0c;会对应一个虚函数表&#xff0c;实例化对象时&#xff0c;每个对象会占用一个虚表指针

3 包含虚函数的类

3.1 概述

简单地说&#xff0c;每一个含有虚函数&#xff08;无论是其本身的&#xff0c;还是继承而来的&#xff09;的类都至少有一个与之对应的虚函数表&#xff0c;其中存放着该类所有的虚函数对应的函数指针。例&#xff1a;

其中&#xff1a;
B的虚函数表中存放着B::foo和B::bar两个函数指针。
D的虚函数表中存放的既有继承自B的虚函数B::foo&#xff0c;又有重写&#xff08;override&#xff09;了基类虚函数B::bar的D::bar&#xff0c;还有新增的虚函数D::quz。


3.2 虚函数表构造的过程

从编译器的角度来说&#xff0c;B的虚函数表很好构造&#xff0c;D的虚函数表构造过程相对复杂。下面给出了构造D的虚函数表的一种方式&#xff08;仅供参考&#xff09;&#xff1a;


3.3 虚函数调用过程

以下面的程序为例&#xff1a;

编译器只知道pb是B*类型的指针&#xff0c;并不知道它指向的具体对象类型 &#xff1a;pb可能指向的是B的对象&#xff0c;也可能指向的是D的对象。

但对于“pb->bar()”&#xff0c;编译时能够确定的是&#xff1a;此处operator->的另一个参数是B::bar&#xff08;因为pb是B*类型的&#xff0c;编译器认为bar是B::bar&#xff09;&#xff0c;而B::bar和D::bar在各自虚函数表中的偏移位置是相等的。

无论pb指向哪种类型的对象&#xff0c;只要能够确定被调函数在虚函数中的偏移值&#xff0c;待运行时&#xff0c;能够确定具体类型&#xff0c;并能找到相应vptr了&#xff0c;就能找出真正应该调用的函数。


推荐阅读
  • 本文详细介绍了如何在Linux系统上安装和配置Smokeping,以实现对网络链路质量的实时监控。通过详细的步骤和必要的依赖包安装,确保用户能够顺利完成部署并优化其网络性能监控。 ... [详细]
  • 题目描述:给定n个半开区间[a, b),要求使用两个互不重叠的记录器,求最多可以记录多少个区间。解决方案采用贪心算法,通过排序和遍历实现最优解。 ... [详细]
  • C++: 实现基于类的四面体体积计算
    本文介绍如何使用C++编程语言,通过定义类和方法来计算由四个三维坐标点构成的四面体体积。文中详细解释了四面体体积的数学公式,并提供了两种不同的实现方式。 ... [详细]
  • 本章将深入探讨移动 UI 设计的核心原则,帮助开发者构建简洁、高效且用户友好的界面。通过学习设计规则和用户体验优化技巧,您将能够创建出既美观又实用的移动应用。 ... [详细]
  • 本文详细解析了Python中的os和sys模块,介绍了它们的功能、常用方法及其在实际编程中的应用。 ... [详细]
  • 题目Link题目学习link1题目学习link2题目学习link3%%%受益匪浅!-----&# ... [详细]
  • 文件描述符、文件句柄与打开文件之间的关联解析
    本文详细探讨了文件描述符、文件句柄和打开文件之间的关系,通过具体示例解释了它们在操作系统中的作用及其相互影响。 ... [详细]
  • 本文介绍了几种不同的编程方法来计算从1到n的自然数之和,包括循环、递归、面向对象以及模板元编程等技术。每种方法都有其特点和适用场景。 ... [详细]
  • 在Java中,this是一个引用当前对象的关键字。如何通过this获取并显示其所指向的对象的属性和方法?本文详细解释了this的用法及其背后的原理。 ... [详细]
  • 本文介绍如何使用Objective-C结合dispatch库进行并发编程,以提高素数计数任务的效率。通过对比纯C代码与引入并发机制后的代码,展示dispatch库的强大功能。 ... [详细]
  • 本文详细介绍了Akka中的BackoffSupervisor机制,探讨其在处理持久化失败和Actor重启时的应用。通过具体示例,展示了如何配置和使用BackoffSupervisor以实现更细粒度的异常处理。 ... [详细]
  • 本文探讨了 Objective-C 中的一些重要语法特性,包括 goto 语句、块(block)的使用、访问修饰符以及属性管理等。通过实例代码和详细解释,帮助开发者更好地理解和应用这些特性。 ... [详细]
  • 本文探讨了如何在给定整数N的情况下,找到两个不同的整数a和b,使得它们的和最大,并且满足特定的数学条件。 ... [详细]
  • 本文探讨了 C++ 中普通数组和标准库类型 vector 的初始化方法。普通数组具有固定长度,而 vector 是一种可扩展的容器,允许动态调整大小。文章详细介绍了不同初始化方式及其应用场景,并提供了代码示例以加深理解。 ... [详细]
  • 解析SQL查询结果的排序问题及其解决方案
    本文探讨了为什么某些SQL查询返回的数据集未能按预期顺序排列,并提供了详细的解决方案,帮助开发者理解并解决这一常见问题。 ... [详细]
author-avatar
隔岸观火2502884207
这个家伙很懒,什么也没留下!
PHP1.CN | 中国最专业的PHP中文社区 | DevBox开发工具箱 | json解析格式化 |PHP资讯 | PHP教程 | 数据库技术 | 服务器技术 | 前端开发技术 | PHP框架 | 开发工具 | 在线工具
Copyright © 1998 - 2020 PHP1.CN. All Rights Reserved | 京公网安备 11010802041100号 | 京ICP备19059560号-4 | PHP1.CN 第一PHP社区 版权所有