深度探索C++对象模型

一：C++对象模型(The C++ Object Model)

      1：不带继承的C++对象模型

      在C++中，有两种class data members: static 和 nonstatic，以及三种Class member functions : static,nonstatic和virtual。

      比如下面的class Point 声明

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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; };

      这个class Point 在机器中将会被怎么样的表现呢？我们的编译器如何模塑出各种data members 和 function members 呢？

      如上图，在C++模型中，Nonstatic data members 被配置于每一个class object 之内，static data members则被放置于所有的class object 之外，Static 和 nonstatic function members 也被放在所有的class object 之外。

      而对于Virtual functions ，首先每一个class 产生出一堆指向virtual functions 的指针，放在表格之中，这个表格被称之为virtual table；然后，每一个class object 被添加了一个指向这个virtual functions表格的指针。而在运行时候表现出来的多态也是由这个virtual functions的指针支持，在随后的笔记中我们会讲到。

      2：加上继承(Adding  Inheritance)

      C++ 支持单继承和多继承。例如

         class Library_materials {...};

         class Book : public Library_materials {.....};

         class Rental_book :public Book {...};    ....单继承模型

         class iostream :　

　　　　　　public istream,

                 public ostream{...};

          class istream :virtual pubulic ios {...};

          class ostream : virtual public ios {...};   ....多继承模型

      在虚拟继承中，base class 不论被继承串联中被派生多少次，永远只会存在一个实体，virtual 虚拟 即共享的意思。所有的派生类共享这一个base class 实体。

      多继承结构中，derived class 塑造base class 模型呢，他沿用的是对virtual functions 的方法，即每一个class object 内含有一个vptr(即志向 base class table的指针) 于是就有了下图：

          

二： 对象模型如何影响程序

       看下面的程序：其中class X定义了一个copy constructor,一个virtual destructor 和 一个virtual function foo:

X foobar()

{

    X xx;

    X *px = new X();

    //foo() 是一个virtual function

    xx.foo();

    px->foo();

    delete px;

    return xx;

}

       上面这个函数将被转换成如下的函数：

       

 1 void foobar(X &_result) 2 { 3     //构造 _result 4     //_result 来替换 local xx .... 5     _result.X::X(); 6  7     //扩展 X *px = new X() 8     px = _new(sizeof(X)); 9     if(px != 0)10         px->X::X();11 12     //扩展 xx.foo() 但是不使用virtual 机制13     // 以 _result 取代 xx14     foo( &_result);15 16     //使用virtual 机制扩展 px->foo()17     (*px->vtbl[2]) (px);18 19     //扩展 delete px20     if( px != 0)21     {22         ( *px->vtbl[1])(px);23         _delete (px);24     }25 26     return ;27 }

        这个扩展的函数中，使用vtbl 去扩展对virtual 函数的调用，可以让大家更明白virtual function table对程序产生的影响，参照这个模型的设计，我们也可以去扩展vptr（指向virtual base class的指针）。有兴趣的网友可以去扩展下。