c++中类对象的内存对齐
很多C++书籍中都介绍过，一个Class对象需要占用多大的内存空间。最权威的结论是：
*非静态成员变量总合。（not static)
*加上编译器为了CPU计算，作出的数据对齐处理。（c语言中面试中经常会碰到内存对齐的问题)
*加上为了支持虚函数(virtual function)，产生的额外负担。
下面给出几个程序来看一下:
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <string>
using namespace std;
class Car1{
};
void fun1(void)
{
int size =0;
Car1 objCar;
size = sizeof(objCar);
printf("%s is %d\n","Class Car1 Size",size);
}
class Car2{
private:
int nLength;
int nWidth;
};
void fun2(void)
{
int size = 0;
Car2 objCar;
size = sizeof(objCar);
printf("%s is %d\n","Class Car2 Size",size);
}
class Car3{
private:
int nLength;
int nWidth;
static int sHight;
};
void fun3(void)
{
int size =0;
Car3 objCar;
size =sizeof(objCar);
printf("%s is %d\n","Class Car3 Size",size);
}
class Car4{
private:
char chLogo;
int nLength;
int nWidth;
static int sHigh;
};
void fun4(void)
{
int size =0;
Car4 objCar;
size = sizeof(objCar);
printf("%s is %d\n","Class Car4 Size",size);
}
class Car5{
public:
Car5(){};
~Car5(){};
public:
void Fun(){};
};
void fun5(void)
{
int size =0 ;
Car5 objCar;
size = sizeof(objCar);
printf("%s is %d\n","Class Car5 Size",size);
}
class Car6{
public:
Car6(){};
~Car6(){};
public:
void Fun(){};
private:
int nLength;
int nWidth;
};
void fun6(void)
{
int size = 0;
Car6 objCar;
size = sizeof(objCar);
printf("%s is %d\n","Class Car6 Size",size);
}
class Car7{
public:
Car7(){};
virtual ~Car7(){};
public:
void Fun(){};
};
void fun7(void)
{
int size = 0;
Car7 objCar;
size = sizeof(objCar);
printf("%s is %d\n","Class Car7 Size",size);
}
class Car8{
public:
Car8(){};
virtual ~Car8(){};
public:
void Fun(){};
virtual void Fun1(){}
};
void fun8(void)
{
int size = 0;
Car8 objCar;
size = sizeof(objCar);
printf("%s is %d\n","Class Car8 Size",size);
}
int main()
{
fun1();
fun2();
fun3();
fun4();
fun5();
fun6();
fun7();
fun8();
}
编译:g++ memAlign.cpp -o memAlign
输出结果:
Class Car1 Size is 1
Class Car2 Size is 8
Class Car3 Size is 8
Class Car4 Size is 12
Class Car5 Size is 1
Class Car6 Size is 8
Class Car7 Size is 8
Class Car8 Size is 8
ps：上述编译环境是在mac os下的g++
下面我们具体来分析一下这几个情况:
1、空类、单一继承的空类、多重继承的空类所占空间大小为：1（字节，下同）；
2、一个类中，虚函数本身、成员函数（包括静态与非静态）和静态数据成员都是不占用类对象的存储空间的；
3、因此一个对象的大小≥所有非静态成员大小的总和；
4、当类中声明了虚函数（不管是1个还是多个），那么在实例化对象时，编译器会自动在对象里安插一个指针vPtr指向虚函数表VTable；
5、虚继承的情况：由于涉及到虚函数表和虚基表，会同时增加一个（多重虚继承下对应多个）vfPtr(virtual function table)指针指向虚函数表vfTable和一个vbPtr(virtual base pointer)指针指向虚基表vbTable，这两者所占的空间大小为：8（或8乘以多继承时父类的个数）；
6、在考虑以上内容所占空间的大小时，还要注意编译器下的“补齐”padding的影响，即编译器会插入多余的字节补齐；(请参考《c和指针》)
7、类对象的大小=各非静态数据成员（包括父类的非静态数据成员但都不包括所有的成员函数）的总和+ vfptr指针(多继承下可能不止一个)+vbptr指针(多继承下可能不止一个)+编译器额外增加的字节。
在VC 6.0中，结果是
Class Car1 Size is 1
Class Car2 Size is 8
Class Car3 Size is 8
Class Car4 Size is 12
Class Car5 Size is 1
Class Car6 Size is 8
Class Car7 Size is 4
Class Car8 Size is 4
主要的不同点是：在Car7和Car8，在VC 6.0中虚函数指针占用4个字节，在gcc编译器中占用8个字节。
也可以换一种说法是virtual函数指针在VC下以4字节对齐，在gcc下是8字节对齐，这样解释就比较清楚了。
二、编程实现成员在类或结构体中的偏移量
代码如下所示：
1 #include <cstdio>
2 #include <iostream>
3 #define pos(type,member) (&((type *)0)->member)
4
5 class car{
6 public:
7 car(){}
8 ~car(){}
9 public:
10 virtual void fun(){}
11 private:
12 int c;
13 public:
14 void print()
15 {
16 printf("%x\n",pos(car,c));
17 }
18 };
19
20 int main()
21 {
22 struct Node{
23 int a ;
24 char b;
25 int c;
26 };
27 car objCar;
28 // printf("%x\n",&((struct Node *)0)->b);
29 printf("%x\n",pos(struct Node,b));
30 printf("%x\n",pos(struct Node,c));
31 // printf("%x\n",pos(class car,c));
32 objCar.print();
33 return 0;
34 }
其中关键的是找到函数能够实现计算成员在类中的偏移量，这里用了宏来实现的。
#define pos(type,member) (&((type *)0)->member)
(从地址0开始的一个type结构体或者类，其成员的地址就是成员所在类或结构体的偏移量)
上述程序的输出结果就是:4 8 8
