C++(对象模型):01---C++对象模式（The C++ Object Model）

前言

• 本文介绍的是C++的对象模型，但不是C++的类内存模型

一、C++成员种类

• 在C++中，有两种类型的数据成员：
  • 静态成员、非静态成员
• 在C++中，有三种类型的成员函数：
  • 静态函数、非静态函数、虚函数

class Point {
public:
	Point(float xval);
	virtual ~Point();

	float x()const;
	static int PointCount();
protected:
	virtual ostream& print(ostream &os)const;
	float _x;
	static int _point_count;
};

二、无继承下的C++对象模型

• 无继承下，C++对象模型的规则如下：
  • 非静态数据成员存放在每一个类对象之内
  • 静态数据成员存放在所有的类对象之外
  • 非静态/静态成员函数都放置在所有的类对象之外
  • 虚函数存放分为两个步骤：
    • 1.每一个类为每一个虚函数都分别产生一个虚函数的指针，然后将这些指针放在一个虚函数表中（virtual table，vtbl）。虚函数表的第一个位置存放着所指对象的类型，用于运行时类型识别（runtime type identification,RTTI）
    • 2.每一个类在内部添加一个指针（vptr），该指针指向于虚函数表
• 下面是上面Point类的对象模型：

• 优缺点：
  • 优点：提高了空间和存取时间的效率
  • 缺点：如果类的非静态数据成员有所修改（增加、移除、修改），那么整个应用程序需要重新编译

三、有继承下的C++对象模型

• 有继承关系下，C++对象模型的规则如下：
  • 创建一个表，表中存放着指向基类的指针，然后派生类中又存放着这个表的指针
  • 如果有虚继承，因为虚继承中只保存一份基类的实例，因此虚继承的子类所属的继承表中都指向同一个基类

演示案例

•  例如在C++标准之前的iostream的实现方式

class istream:virtual public ios{}; //虚继承
class ostream:virtual public ios{}; //虚继承

class iostream:public istream,public ostream{};

三、对象模型如何影响程序

• 不同的对象模型，会导致“现有的程序代码必须修改”以及“必须加入新的程序代码”两个结果

演示案例 

• 例如class X定义了一个拷贝构造函数、一个虚析构函数、一个虚函数foo

X foobar()
{
	X xx;
	X *px = new X;
	xx.foo();
	px->foo();

	delete px;
	return xx;
}

• 则class X的对象模型如下：

• 因此我们可以将上面的代码在内部可能会被转换为如下形式（我们会在后面的文章详细介绍每一步操作的用意）：

X foobar()
{
	//构造_result
	//_result用来取代local xx
	_result.X::X();

	//扩展X *px=new X;
	px = _new(sizeof(X));
	if (px != 0)
		px->X::X();

	//扩展xx.foo()但不使用virtual机制
	//以_result取代xx
	foo(&_result);

	//使用virtual机制扩展px->foo()
	(*px->vtbl[2])(px);

	//扩展delete px
	if (px != 0){
		(*px->vtbl[1])(px);
		_delete(px);
	}

	//不需要named return statement
	//不需要摧毁local objext xx
	return;
}