c++对象的内存布局是怎样的

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简单非多态的内存布局

class X {    int     x;    float   xx;public:    X() {}    ~X() {}    void printInt() {}    void printFloat() {}};

  |                        |                |------------------------| <------ X class object memory layout      |        int X::x        |      |------------------------|  stack segment      |       float X::xx      |       |         |------------------------|       |      |                        |      \|/      |                        |          |                        |------|------------------------|----------------      |         X::X()         |       |------------------------|       |         |        X::~X()         |       |      |------------------------|      \|/      |      X::printInt()     |  text segment      |------------------------|      |     X::printFloat()    |      |------------------------|      |                        |

在本示例中

• 只有数据成员存储在堆栈中，且其声明顺序或者存储顺序的行为与编译器强相关

• 所有其他方法（构造函数，析构函数和编译器扩展代码）都进存储在文本段。然后，这些方法将被调用并隐式地在调用对象的第一个参数中传递该指针。
  

this指针是一个隐含于每一个成员函数中的特殊指针。它是一个指向正在被该成员函数操作的对象，也就是要操作该成员函数的对象。this作用域是在类内部，当对一个对象调用成员函数时，编译程序先将对象的地址赋给this指针，编译器会自动将对象本身的地址作为一个隐含参数传递给函数。也就是说，即使你没有写this指针，编译器在编译的时候也是加上this的，它作为非静态成员函数的隐含形参。被调用的成员函数函数体内所有对类成员的访问，都会被转化为"this->类成员"的方式。

针对第二点，我们类似于：

A x;x.printInt();

其中，X::printInt()这个行为，在编译器中，将处理为

printInt(const X* this)

那么，x.printInt()调用处理将最终成为

printInt(&x);

同时具有虚函数和静态数据成员的内存布局

class X {    int         x;    float       xx;    static int  count;public:    X() {}    virtual ~X() {}    virtual void printAll() {}    void printInt() {}    void printFloat() {}    static void printCount() {}};

其内存布局如下

  |                        |                |------------------------| <------ X class object memory layout      |        int X::x        |stack |------------------------|  |   |       float X::xx      |                        |   |------------------------|      |-------|--------------------------|  |   |         X::_vptr       |------|       |       type_info X        | \|/  |------------------------|              |--------------------------|      |           o            |              |    address of X::~X()    |      |           o            |              |--------------------------|      |           o            |              | address of X::printAll() |      |                        |              |--------------------------|      |                        |------|------------------------|------------      |  static int X::count   |      /|\      |------------------------|       |      |           o            |  data segment                 |           o            |       |      |                        |      \|/------|------------------------|------------      |        X::X()          |       |------------------------|       |         |        X::~X()         |       |      |------------------------|       |       |      X::printAll()     |      \|/       |------------------------|  text segment      |      X::printInt()     |      |------------------------|      |     X::printFloat()    |      |------------------------|      | static X::printCount() |      |------------------------|      |                        |

• 所有非静态数据成员都按照声明的顺序将空间放入堆栈中，与前面的示例顺序相同。

• 静态数据成员将空间放入内存的数据段中。使用范围解析运算符（即：:)进行的访问。但是在编译之后，就没有像作用域和名称空间那样的东西了。因为，它的名称只是由编译器执行，所以所有内容都由其绝对或相对地址引用。

• 静态数据成员将空间放入内存的数据段中。使用范围解析运算符（即：:)进行的访问。

• 静态方法进入文本段，并通过作用域解析运算符进行调用。

• 对于virtual关键字，编译器会自动将指向虚拟表的指针（vptr）插入对象内存表示中。通常，虚拟表是在数据段中为每个类静态创建的，但它也取决于编译器的实现。

• 在虚拟表中，第一个条目指向type_info对象，该对象包含与当前基类和其他基类的DAG（有向无环图）相关的信息（如果从这些基类派生的信息）。
  

继承对象的内存布局

class X {    int     x;    string str;public:    X() {}    virtual ~X() {}    virtual void printAll() {}};class Y : public X {    int     y;public:    Y() {}    ~Y() {}    void printAll() {}};

其内存布局信息如下

  |                              |                |------------------------------| <------ Y class object memory layout      |          int X::x            |stack |------------------------------|  |   |              int string::len |  |   |string X::str ----------------|  |   |            char* string::str |          \|/  |------------------------------|      |-------|--------------------------|      |           X::_vptr           |------|       |       type_info Y        |      |------------------------------|              |--------------------------|      |          int Y::y            |              |    address of Y::~Y()    |      |------------------------------|              |--------------------------|      |               o              |              | address of Y::printAll() |      |               o              |              |--------------------------|      |               o              |              ------|------------------------------|--------      |           X::X()             |       |------------------------------|       |         |           X::~X()            |       |      |------------------------------|       |       |         X::printAll()        |      \|/       |------------------------------|  text segment      |           Y::Y()             |      |------------------------------|      |           Y::~Y()            |      |------------------------------|      |         Y::printAll()        |      |------------------------------|      |      string::string()        |      |------------------------------|      |      string::~string()       |      |------------------------------|      |      string::length()        |      |------------------------------|      |               o              |      |               o              |      |               o              |      |                              |

• 在继承模型中，基类和数据成员类是派生类的子对象。

• 编译器会在类的构造函数中生成具有所有重写的虚拟功能和为_vptr分配虚拟表的代码的虚拟表。
  

具有多重继承和虚拟功能的对象的内存布局

class X {public:    int     x;        virtual ~X() {}    virtual void printX() {}};class Y {public:    int     y;        virtual ~Y() {}    virtual void printY() {}};class Z : public X, public Y {public:    int     z;        ~Z() {}    void printX() {}    void printY() {}    void printZ() {}};

内存布局如下

  |                              |                |------------------------------| <------ Z class object memory layoutstack |          int X::x            |           |   |------------------------------|                  |--------------------------|        |   |          X:: _vptr           |----------------->|       type_info Z        |  |   |------------------------------|                  |--------------------------| \|/  |          int Y::y            |                  |    address of Z::~Z()    |      |------------------------------|                  |--------------------------|      |          Y:: _vptr           |------|           |   address of Z::printX() |      |------------------------------|      |           |--------------------------|      |          int Z::z            |      |           |--------GUARD_AREA--------|          |------------------------------|      |           |--------------------------|      |              o               |      |---------->|       type_info Z        |      |              o               |                  |--------------------------|      |              o               |                  |    address of Z::~Z()    |      |                              |                  |--------------------------|------|------------------------------|---------         |   address of Z::printY() |      |           X::~X()            |       |          |--------------------------|        |------------------------------|       |                |          X::printX()         |       |              |------------------------------|       |               |           Y::~Y()            |      \|/              |------------------------------|  text segment      |          Y::printY()         |                      |------------------------------|                      |           Z::~Z()            |                      |------------------------------|                      |          Z::printX()         |                      |------------------------------|                      |          Z::printY()         |                      |------------------------------|                      |          Z::printZ()         |                      |------------------------------|                      |               o              |                      |               o              |                      |                              |

在多继承层次结构中，创建的虚拟表指针（vptr）的确切数目将为N-1，其中N代表类的数目。

如果尝试使用任何基类指针调用Z类的方法，则它将使用相应的虚拟表进行调用。如下例子所示：

Y *y_ptr = new Z;y_ptr->printY(); // OKy_ptr->printZ(); // Not OK, as virtual table of class Y doesn't have address of printZ() method

在上面的代码中，y_ptr将指向完整Z对象内类Y的子对象。

结果，调用任何方法，例如使用y_ptr-> printY（）。 使用y_ptr的解析方式如下：

 ( *y_ptr->_vtbl[ 2 ] )( y_ptr )

虚继承内存布局

class X { int x; };class Y : public virtual X { int y; };class Z : public virtual X { int z; };class A : public Y, public Z { int a; };

其布局如下：

  |                |           Y class  ------> |----------------| <------ A class object memory layoutsub-object        |   Y::y         |                            |----------------|             |------------------|                   |   Y::_vptr_Y   |------|      |    offset of X   | // offset(20) starts from Y  Z class  ------> |----------------|      |----> |------------------|     sub-object        |   Z::z         |             |       .....      |                       |----------------|             |------------------|                    |   Z::_vptr_Z   |------|                         |----------------|      |         A sub-object --> |   A::a         |      |      |------------------|                   |----------------|      |      |    offset of X   | // offset(12) starts from Z X class -------> |   X::x         |      |----> |------------------|           shared           |----------------|             |       .....      |            sub-object       |                |             |------------------|

• 具有一个或多个虚拟基类的派生类的内存表示形式分为两个区域：不变区域和共享区域。

• 不变区域内的数据与对象的起始位置保持固定的偏移量，而与后续派生无关。

• 共享区域包含虚拟基类，并且随后续派生和派生顺序而波动。
  

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