【深度探索C++对象模型】（1）关于对象

哎再开新坑，希望19年能把开的这几个坑都填上。
class : 类
class object :　类对象

1 C++对象模型

简单来说，C++对象模型的实例的组成包括下面几个部分：

Nonstatic data members与**virtual pointer(vptr)**储存在class object内
Static data members、Static functions members以及Nonstatic functions members储存在class object外。
每个类（并不是对象）都会产生指向每个Virtual functions的指针，这些指针放在virtual table （vtbl）里，而每个该类的对象都有一个指向vtbl的指针——virtual pointer(vptr)。

vtbl[0]指向type_info objext
vtbl[1]指向析构函数
vtbl[2]指向默认构造函数

class Point{
public:
    Point(float xval);          //_vtbl[1]
    virtual ~Point();           //_vtbl[2]
    float x() const;
    static int PointCount();

protected:
    virtual ostream& print(ostream &os) const;
    float _x;
    static int _point_count;
};
Point pt = new Point();

在这里插入图片描述

继承关系也可以指定为virtual，即共享的意思：

  class istream : virtual public ios{ /*   ...   */};
  class ostream : virtual public ios{ /*   ...   */};
  class isotream : public istream , public ostream{ /* ... */};

base class不管在继承链中被派生(derived)多少次，永远只会存在一个实例(称为subobject)
在这里插入图片描述

2 对象的差异

由于被指定的object的真实类型在每一个特定执行点之前是无法被解析的（一个指针/引用可以指向它的子类型），所以只有通过pointer或者reference的间接处理，才可以支持OO程序设计所需的多态性质。

C++支持多态的方法：

经由一组隐式的转化操作：将一个derived class指针或引用转化为指向其public base type的指针或引用，如shape *ps = new circle(); , circle der; shape &ps = der;
经由virtual function机制。
经由dynamic_cast和typeid运算符。

一个class object所需的内存空间由如下组成：

nonstatic data members以及其alignment需求（将数值调整至某数的倍数，32位机一般为4bytes(32位)）的总和。
为了支持virtual而内部产生的额外负担（overhead）。

而一个指针（通常引用是由指针实现的，但sizeof引用为被指向对象的大小），无论他是指向什么类型，指针本身所需的内存大小是固定的：32位机上为4bytes，64位机上为8bytes。

2.1 指针的类型

对于同一机器，指向不同类型的指针本质上是相同的，它们唯一的不同是其寻址的object不同，也就是说指针类型会告诉编译器如何去解释某起始地址后面一个大小的内存内容，而void *指针只能持有一个地址，需要cast后才能指出内存的大小及其内容。

2.2 加上多态之后

class AnimalZoo{
	public:
		int loc;
		string name;
		virtual void dance(){
			cout<<"AZ DANCE"<<endl;
		}
		void rotate(){
			cout<<"AZ rotate"<<endl;
		}
};

class Bear:virtual public AnimalZoo{
public:
	void rotate(){
		cout<<"Bear rotate"<<endl;
	}
	void hibernate(){
		cout<<"Bear hibernate"<<endl;
	} 
	void dance(){
		cout<<"Bear DANCE"<<endl;
	}
	
	int cell_block;
};

int main(){
	Bear b;
	Bear *pb = &b;
	Bear &rb = *pb;
	AnimalZoo *pz = &b;
	
	pz->rotate(); //AZ rotate
	pb->rotate(); //Bear rotate
	pz->dance();  //Bear DANCE
	pb->dance();  //Bear DANCE
	//pz->hibernate(); error 
	pb->hibernate(); //Bear hibernate
	system("pause");
	return 0;
}

pz指针调用ZooAnimal出现的public方法接口、public member以及Bear虚函数，除此以外不能用pz直接处理Bear的任何members。
对于虚函数，调用的实例由所指对象类型决定。
对于普通函数，调用的实例由指针类型决定
pb所涵盖的地址包含整个Bear object , pt所涵盖的地址只包含ZooAnimal subobject。

当一个base class object被直接初始化为(或被指定为)一个derived class object时，derived object就会被**切割(sliced)**以塞入较小的base type内存中，derived type将没有留下任何蛛丝马迹。多态于是不再呈现，而一个严格的编译器可以在编译器解析一个“通过此object而触发的virtual function调用操作”，因而回避virtual机制。如果virtual function被定义为inline，则更有效率上的大收获。

一个pointer或一个reference之所以支持多态，是因为她们并不引发内存中有任何与类型有关的内存委托操作，会受到改变的只有她们所指向的内存的大小和内容解释方式而已