浅谈C++中派生类对象的内存布局

2020-01-06 16:11:03刘景俊

主要从三个方面来讲:

  1 单一继承

  2 多重继承

  3 虚拟继承

1 单一继承

(1)派生类完全拥有基类的内存布局,并保证其完整性。

派生类可以看作是完整的基类的Object再加上派生类自己的Object。如果基类中没有虚成员函数,那么派生类与具有相同功能的非派生类将不带来任何性能上的差异。另外,一定要保证基类的完整性。实际内存布局由编译器自己决定,VS里,把虚指针放在最前边,接着是基类的Object,最后是派生类自己的object。举个栗子:


class A
{
  int b;
  char c;
};
class A1 :public A
{
    char a;
};
int main()
{
  cout << sizeof(A) << " " << sizeof(A1) << endl;
  return 0;
}

输出是什么?

答案:

8 12

A类的话,一个int,一个char,5B,内存对齐一下,8B。A1的话,一个int,两个char,内存对齐一下,也是8B。不对吗?

我说了,要保证基类对象的完整性。那么一定要保证A1类前面的几个字节一定要与A类完全一样。也就是说,A类作为内存补齐的3个字节也是要出现在A1里面的。也就是说,A类是这样的:int(4B)+char(1B)+padding(3B)=8B,A1类:int(4B)+char(1B)+padding(3B)+char(1B)+padding(3B)=12B。

(2)虚指针怎么处理?

还是视编译器而定,VS是永远把vptr放在对象的最前边。如果基类中含有虚函数,那么处理情况与上边一样。可是,如果基类中没有虚函数而派生类有的话,那么如果把vptr放在派生类的前边的话,将会导致派生类中基类成分并不在最前边。这将带来什么问题呢?举栗:假设A不含虚,而A1含。


A *pA;
A1 obj_A1;
pA=&obj_A1;

如果A1完全包含A并且A位于A1的最前边,那么编译器只需要把&obj_A1直接赋给pA就可以了。如果不是呢?编译器就需要把&obj_A1+sizeof(vptr)赋给pA了。

2 多重继承

说结论:VS的内存布局是按照声明顺序排列内存。再举个栗子:


class point2d
{
public:
  virtual ~point2d(){};
  float x;
  float y;
};
class point3d :public point2d
{
  ~point3d(){};
  float z;
};
class vertex
{
public:
  virtual ~vertex(){};
  vertex* next;
};
class vertex3d :public point3d, public vertex
{
  float bulabula;
};


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
  cout << sizeof(point2d) << " " << sizeof(point3d) << " " << sizeof(vertex) << " " << sizeof(vertex3d) << endl;
  return 0;
}

输出: 12 16 8 24。

内存布局:

point2d: vptr(4)+x(4)+y(4)=12B

point3d: vptr+x+y+z=16B

vertex: vptr+next=8B

vertex3d: vptr+x+y+z+vptr+next+bulabula=28B

为什么需要多个虚指针?请往下看。