摘要:本文主要向大家介绍了C++语言:深入理解C++内存布局,通过具体的内容向大家展示,希望对大家学习C++语言有所帮助。
本文主要向大家介绍了C++语言:深入理解C++内存布局,通过具体的内容向大家展示,希望对大家学习C++语言有所帮助。
1、虚函数简介
虚函数的实现要求对象携带额外的信息,这些信息用于在运行时确定该对象应该调用哪一个虚函数。典型情况下,这一信息具有一种被称为vptr(virtual table pointer,虚函数表指针)的指针的形式。vptr 指向一个被称为 vtbl(virtual table,虚函数表)的函数指针数组,每一个包含虚函数的类都关联到 vtbl。当一个对象调用了虚函数,实际的被调用函数通过下面的步骤确定:找到对象的 vptr 指向的 vtbl,然后在 vtbl 中寻找合适的函数指针。
虚拟函数的地址翻译取决于对象的内存地址,而不取决于数据类型(编译器对函数调用的合法性检查取决于数据类型)。如果类定义了虚函数,该类及其派生类就要生成一张虚拟函数表,即vtable。而在类的对象地址空间中存储一个该虚表的入口,占4个字节,这个入口地址是在构造对象时由编译器写入的。所以,由于对象的内存空间包含了虚表入口,编译器能够由这个入口找到恰当的虚函数,这个函数的地址不再由数据类型决定了。故对于一个父类的对象指针,调用虚拟函数,如果给他赋父类对象的指针,那么他就调用父类中的函数,如果给他赋子类对象的指针,他就调用子类中的函数(取决于对象的内存地址)。
2、C++中含有虚函数的内存分布
涉及到虚函数的内存分布往往比较复杂,除了考虑其本身所带来的额外的内存开销,还要考虑继承等所带来的问题。针对这一方面,我们按照如下的步骤逐一解决。
1)、单个含有虚函数的类
2)、基类含有虚函数,使用普通继承,派生类中不含虚函数
3)、基类含有虚函数,使用普通继承,派生类中含有虚函数
4)、基类不含有虚函数,使用虚继承,派生类中不含虚函数
5)、基类不含虚函数,使用虚继承,派生类中含有虚函数
6)、基类含有虚函数,使用虚继承,派生类中不含虚函数
7)、基类含有虚函数,使用虚继承,派生类中含有虚函数
8)、基类含有虚函数,使用虚继承,向下派生多次
9)、基类含有虚函数,多继承
2.1 含有虚函数的单个类
#include <iostream>
template<typename t="">
class CPoint
{
public:
CPoint()
{
_x = 0;
_y = 0;
_z = 0;
}
virtual void setX(T newX)
{
//std::cout << "CPoint setX" << std::endl;
_x = newX;
}
virtual void setY(T newY)
{
_y = newY;
}
virtual void setZ(T newZ = 0)
{
_z = newZ;
}
virtual T getX() const
{
return _x;
}
virtual T getY() const
{
return _y;
}
virtual T getZ() const
{
return _z;
}
protected:
T _x;
T _y;
T _z;
};</typename></iostream>
void main()
{
CPoint<double> m_Point;
std::cout <<"CPoint:"<< sizeof(m_Point) << std::endl;
std::cin.get();
}</double>
上面的程序输出结果如下:
上述的代码输出为32,一方面和内存布局有关,另一方面还和内存对齐有关。类模板实例化为double,构建一个对象,对象中有三个数据成员,每个数据成员占8字节。
m_Point对象的内存布局如上图所示,可以看到m_Point内部除了三个成员变量之外,还有一个_vfptr,_vfptr是一个虚函数表的指针,保存的是虚函数表的地址。m_Point内部一共有5个虚函数,所以对应的虚函数表中便有5个与虚函数对应得地址。<喎�"https://www.2cto.com/kf/ware/vc/" target="_blank">vcD4KPHA+08nT2tDpuq/K/bHt1rjV69W8vt00uPbX1r3ao6yyosfStKbT2sDgtcTE2rTmtdjWt8bwyry0pqOsy/nS1NX7uPbA4NK7ubLVvL7dMzK49tfWvdqhozwvcD4KPHA+PGJyPgo8L3A+CjxwPjIuMrv5wOC6rNPQ0Om6r8r9o6zKudPDxtXNqLzMs9CjrMXJyfrA4NbQsru6rNDpuq/K/TwvcD4KPHA+0N64xMnPw+a1xLT6wuujrLXDtb3I58/CtcTE2sjdPC9wPgo8cD48cHJlIGNsYXNzPQ=="brush:java;">#include template class CPoint { public: CPoint() { _x = 0; _y = 0; _z = 0; } virtual void setX(T newX) { //std::cout << "CPoint setX" << std::endl; _x = newX; } virtual void setY(T newY) { _y = newY; } virtual void setZ(T newZ = 0) { _z = newZ; } virtual T getX() const { return _x; } virtual T getY() const { return _y; } virtual T getZ() const { return _z; } protected: T _x; T _y; T _z; }; template class CPoint2D : public CPoint { public: CPoint2D() { _x = 0; _y = 0; _z = 0; } CPoint2D(T x, T y, T z = 0) { _x = x; _y = y; _z = z; } CPoint2D(const CPoint2D &point2D) { _x = point2D.getX(); _y = point2D.getY(); _z = point2D.getZ(); } const CPoint2D& operator = (const CPoint2D& point2D) { if (this == &point2D) return *this; _x = point2D.getX(); _y = point2D.getY(); _z = point2D.getZ(); } void operator +(const CPoint2D& point2D) { _x += point2D.getX(); _y += point2D.getY(); _z += point2D.getZ(); } void operator -(const CPoint2D &point2D) { _x -= point2D.getX(); _y -= point2D.getY(); _z -= point2D.getZ(); } };
<pre name="code" class="cpp">void main()
{
CPoint<double> m_Point;
CPoint2D<double> m_Point2D(0.0,0.0);
std::cout <<"CPoint:"<< sizeof(m_Point) << std::endl;
std::cout <<"CPoint2D:"<< sizeof(m_Point2D)<< std::endl;
std::cout <<"CPoint2D::getZ:"<< sizeof(&CPoint2D<double>::getZ) << std::endl;
std::cin.get();
}</double></double></double></pre><br>
<p></p>
<pre class="brush:java;"></pre>
<p></p>
<p><br>
</p>
上面的代码输出得到如下的内容
<p></p>
<p><img src="https://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20160625/20160625094847335.png" alt="\" style="width: 630px; height: 143.615px;"></p>
最后一个输出的是一个函数指针的大小,在没有虚继承的情况下,在X86(Win 32Debug)系统上输出是4.
<p></p>
<p>整个类的大小为32字节,我们看一下内存分布就明白了</p>
<p><img src="https://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20160625/20160625094847336.png" alt="\" style="width: 630px; height: 370.752px;"><br>
</p>
<p>可以看到m_Point2D的内存布局和m_Point的内存布局很类似。一个虚函数表指针,然后三个成员变量。虚函数表中的内容和m_Point中的一摸一样。这是因为CPoint2D
是从CPoint继承过来的。</p>
<p>2.3基类含有虚函数,使用普通继承,派生类中含有虚函数</p>
<p>继续修改上面的代码,得到如下的内容</p>
<p></p><pre class="brush:java;">#include <iostream>
template<typename t="">
class CPoint
{
public:
CPoint()
{
_x = 0;
_y = 0;
_z = 0;
}
virtual void setX(T newX)
{
//std::cout << "CPoint setX" << std::endl;
_x = newX;
}
virtual void setY(T newY)
{
_y = newY;
}
virtual void setZ(T newZ = 0)
{
_z = newZ;
}
virtual T getX() const
{
return _x;
}
virtual T getY() const
{
return _y;
}
virtual T getZ() const
{
return _z;
}
protected:
T _x;
T _y;
T _z;
};
template<typename t="">
class CPoint2D : public CPoint<t>
{
public:
CPoint2D()
{
_x = 0;
_y = 0;
_z = 0;
}
CPoint2D(T x, T y, T z = 0)
{
_x = x;
_y = y;
_z = z;
}
CPoint2D(const CPoint2D &point2D)
{
_x = point2D.getX();
_y = point2D.getY();
_z = point2D.getZ();
}
const CPoint2D& operator = (const CPoint2D& point2D)
{
if (this == &point2D)
return *this;
_x = point2D.getX();
_y = point2D.getY();
_z = point2D.getZ();
}
void operator +(const CPoint2D& point2D)
{
_x += point2D.getX();
_y += point2D.getY();
_z += point2D.getZ();
}
void operator -(const CPoint2D &point2D)
{
_x -= point2D.getX();
_y -= point2D.getY();
_z -= point2D.getZ();
}
virtual T getZ() const
{
std::cout << "CPoint2D:"<<sizeof(cpoint2d<t>::getZ()) << std::endl;
return 0;
}
virtual void setZ(T newZ = 0)
{
//std::cout << "CPoint2D:" << sizeof(CPoint2D::setZ()) << std::endl;
_z = 0;
}
};</sizeof(cpoint2d<t></t></typename></typename></iostream></pre><pre class="brush:java;">void main()
{
CPoint<double> m_Point;
CPoint2D<double> m_Point2D(0.0,0.0);
std::cout <<"CPoint:"<< sizeof(m_Point) << std::endl;
std::cout <<"CPoint2D:"<< sizeof(m_Point2D)<< std::endl;
std::cout <<"CPoint2D::getZ:"<< sizeof(&CPoint2D<double>::getZ) << std::endl;
std::cin.get();
}</double></double></double></pre>上面的代码输出内容如下所示:<p></p>
<p></p>
<p><br>
</p>
<p><img src="https://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20160625/20160625094847337.png" alt="\" style="width: 630px; height: 150.275px;"></p>
内存布局如下:
<p></p>
<p><img src="https://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20160625/20160625094847338.png" alt="\" style="width: 630px; height: 387.1px;"><br>
</p>
<p>输出的内容和之前派生类中没有虚函数的一样,但是内存布局发生了变化。变化体现在_vfptr中,_vfptr中有4个地址是和CPoint中的一样,2个不一样,这是因为在CPoint2D中,重写了CPoint中的两个虚函数,从而派生类中的虚函数覆盖了父类中的虚函数。这地方的重写不仅仅是函数名相同,还要保证函数的参数类型,参数个数,函数的返回形式也和基类中的一致。</p>
<p>从上面的例子中我们可以得出以下的结论:</p>
<p>1)、类中一旦出现虚函数,编译器便会给其分配一个虚函数表,虚函数表指针的大小和编译器有关。</p>
<p>2)、派生类中如果对父类的虚函数进行了重写,那么派生类中的虚函数会覆盖父类的虚函数,体现在上图的虚函数表中的地址发生了变化。</p>
<p>3)、虚函数表指针总是处于类的地址的开始处,所以在计算类的大小时要注意这一点。</p>
<p><br>
</p>
<p>2.4基类不含有虚函数,使用虚继承,派生类中不含虚函数</p>
<p>这一次使用前一章节的代码,对前一章节的代码进行修改,得到如下的内容</p>
<p></p><pre class="brush:java;">#include <iostream>
using namespace std;
class CBase
{
//public
public:
CBase()
{
}
};
class CBaseClass
{
//private members
private:
int nCount;
//public members
public:
//private member funcs
private:
CBaseClass(const CBaseClass &base)
{
}
CBaseClass &operator = (const CBaseClass& base)
{
return *this;
}
//public members
public:
CBaseClass(int count = 0)
{
nCount = count;
}
~CBaseClass()
{
}
};
class CBaseClassNew
{
//private members
private:
int nCount;
//public members
public:
int nNewCount;
//private member funcs
private:
CBaseClassNew(const CBaseClassNew &base)
{
}
CBaseClassNew &operator = (const CBaseClassNew& base)
{
return *this;
}
//public members
public:
CBaseClassNew(int count = 0)
{
nCount = count;
}
~CBaseClassNew()
{
}
};
class CDerivedClass : virtual public CBaseClass
{
//private members:
private:
int nDeriveCount;
//public members
public:
int nCurrentNum;
//private member funcs
private:
CDerivedClass(const CDerivedClass& derived)
{
}
CDerivedClass & operator = (const CDerivedClass &derived)
{
return *this;
}
//public member funcs
public:
CDerivedClass(int nDerived = 0)
{
nDeriveCount = nDerived;
nCurrentNum = 0;
}
};</iostream></pre><br>
<pre class="brush:java;">void main()
{
CBase base;
cout << "base Size:" << sizeof(base) << endl;
CBaseClass baseClass(10);
cout << "baseClass Size:" << sizeof(baseClass) << endl;
CDerivedClass derivedClass(12);
cout << "derivedClass Size:" << sizeof(derivedClass) << endl;
cin.get();
}</pre><br>
上述代码的输出内容如下<p></p>
<p><img src="https://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20160625/20160625094847339.png" alt="\" style="width: 630px; height: 154.42px;"><br>
</p>
<p>CBase
中只有一个构造函数,所以占一个字节</p>
<p>CBaseClass中有一个成员变量,为int型,所以占4个字节</p>
<p>CDerivedClass中自身的2个成员变量和基类中的1个成员变量均是int型,一共12个字节。CDerivedClass使用的是虚继承,这导致在派生类中会产生一个指针指向基类,所以派生类的大小为14字节。</p>
<p>其内存分布如下图所示:</p>
<p><img src="https://www.2cto.com/uploadfile/Collfiles/20160625/20160625094847340.png" alt="" style="width: 630px; height: 302.029px;"><br>
</p>
<p>因为篇幅太长,剩下的内容后面再说了。</p>
<p></p>
本文由职坐标整理并发布,希望对同学们有所帮助。了解更多详情请关注职坐标编程语言C/C+频道!
您输入的评论内容中包含违禁敏感词
我知道了
请输入正确的手机号码
请输入正确的验证码
您今天的短信下发次数太多了,明天再试试吧!
我们会在第一时间安排职业规划师联系您!
您也可以联系我们的职业规划师咨询:
版权所有 职坐标-一站式IT培训就业服务领导者 沪ICP备13042190号-4
上海海同信息科技有限公司 Copyright ©2015 www.zhizuobiao.com,All Rights Reserved.
沪公网安备 31011502005948号