第1章 关于对象

2012-06-05 11:06:22

C++在布局及存取时间上主要额外负担是由virtual引起，将会在后面章节讨论C++布局问题。

本章一个重点讨论就是C++对象模式，这个内容非常重要，是基础，在后面将会被用到，尤其是涉及打virtual。

第1.1节 C++对象模型

简单对象模型

Members（指data member和function member）按照声明次序，各被指定一个slot。

图1.1说明这种模型

members本身并不放在object中，每一个slot存放的是“指向member的指针”，目的是避免members不同类型，导致占用不同存储空间带来的问题，一个class object大小等于指针大小乘以calss中声明members数目。

注意每一个slot固定大小，大小等于指针所占空间

表格驱动对象模型

区分data member 和function member，class只含有两个指针，一个指向member function table，一个指向data member table。

data member table直接含有数据，member function table则是一系列slot，每一个slot指出一个member function。

虽然这个模型也没有真正应用到C++编译器身上，但member function table这个观念却成为支持virtual functions的有效方案

图1.2说明这种模型

C++对象模型

1.静态数据成员和非虚函数成员放在class object体外

2.nonstatic data member放在每一个class object体内

3.虚函数采用表格驱动对象模型中对待function member的策略：

第一，每一个class产生出一堆指向虚函数指针，放在表格中，这个表格被称为virtual table(vtbl)

第二，每一个class object被添加了一个指针，指向相关的virtual table。通常这个指针被称为vptr。每一个class所关联的type_info object（用来支持runtime type identification，RTTI）也经由virtual table被指出来，通常放在表格slot处。

图1.3说明这种模型

问题：实际上对于type_info object作用还不是很清楚

加上继承

在虚继承情况下，base class不管在继承串链中被派生多少次，永远只会存在一个实体（称为subobject）。

base table模型

每一个class object内含有一个bptr，指向其base class table，base class table每一个slot内涵一个相关的base class地址，和virtual table内含每一个virtual function地址一样。

图1.4说明这种模型

优点：每一个class object对于继承都有一致的表现方式：第一，每一个class object都应该在某个固定位置上安放一个base table指针，与base classes大小和数量无关；第二，不需要改变class object本身，就可以放大，缩小，或更改base classtable。

缺点：间接性导致的空间和存取时间上的额外负担，这种间接性会随着继承的深度而增加。

个人观点：把members放在类体内减少了间接寻址次数，带来了时间和空间上的效率，同时也容易受到base class改变的影响，只能在二者之间寻求平衡

第1.2节 关键词带来的差异

如果不是为了努力维护与C之间的兼容性。C++远可以比现在更简单些。

核心问题：什么时候一个人应该在C++程序中以struct取代class？

从面向对象角度来说，不应该进行替换，struct更多意义上来说是C语言的遗留物，表达更多是一个数据集合体；而class则是包含数据和数据相应操作的抽象数据类型（ADT）。

之所以struct存在就是为了支持现存的C程序代码，因此struct更多可能是C++和C语言进行兼容的桥梁之一。

另一方面，class引入真的需要吗？从理性角度来说，可以不必引入，因为class能做的struct也能做，为什么保留则是因为它所支持的封装和继承的哲学。

C程序巧计有时候却成为C++程序的陷阱。比如C程序中的变长结构体，变长结构体要求把变长数组放在结尾处，但是由于C++中继承和虚函数引入，无法保证该变长数组放置在结尾，从而这种做法在C++中是无法使用的。

C struct在C++中一个合理用途，是当你要传递“一个复杂的class object的全部或部分”到某个C函数中去时，struct声明可以把数据封装起来，并保证拥有与C兼容的空间布局。（还是C++和C兼容问题）

第1.3节 对象的差异

多态只存在于一个个的public class体系中。

 class Book:public Library_materials{...};
 Library_materials thing1;
 Book book;
 thing1=book;//sliced
 thing1.chek_in();
 Library_materials &thing2=book;
 thing2.check_in();

thing1是在编译阶段确定，thing2则是在运行阶段确定，这就是二者对象之间的差异。

class object大小包含3个部分：

1.nonstatic data members总和大小；

2.由于字节对齐要求填补空间；

3.为了支持virtual内部产生（编译器）的任何额外负担。

void* ptr指向一个地址，但是不知道它所含有空间大小，因此不能通过它操作所指object。

ZooAnimal za;
ZooAnimal *pza;

Bear b;
Panda *pp=new Panda;

pza=&b;

继承关系如下图

可能内存布局图如下

一个pointer或一个reference之所以支持多态，是因为并不引发内存中任何“与类型有关的内存委托操作”；会受到改变的只是他们所指向的内存的“大小和内容解释方式”而已。

C++也支持具体的ADT程序风格，被称为OB（object-based）最主要差别是非多态，，所有的函数引发的操作都在编译时期解析完成，不需要virtual机制，有更好的空间紧凑性，速度更快，没有弹性是它的缺点。

设计要在弹性（OO）和效率（OB）之间进行选择