深度探索C++对象模型--------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

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：

void foobar(X &_result)
{
//构造 _result
//_result 来替换 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() 但是不使用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);
}

return ;
}

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。