深度探索C++对象模型第一章关于对象

著：Stanley B. Lippman  侯捷译  Inside the C++ Object Model

第一章：关于对象（Object Lessons）

C++对象模型，了解到也是一个演变的过程，C++对象中包含了以下内容：（data members） non-static data，static data（const），以及（member functions）：static，non-static，virtual

发展的主要过程主要集中于如何存储data 和 function，寻求时间和空间的最高效；

第一种模型 简单对象模型，A Simple Object Model

把所有的data和function的地址存储在class中（即都是pointer-to-member），相对比较灵活，class大小固定，间接引用；但由于间接引用会带来访问时间开销；

而object生成中只需要指向base class即可，并对相应数据指针覆盖即可； （总结：把所有的data和function都以virtual的形式间接访问，缺点data对象带来访问开销）

第二种模型：表格驱动对象模型 A Table-driven Object Model

在第一种模型基础上改进，将data member和function member放到独立的table中，这样在class中仅需要保存两个ptr即可，减少了空间。没有实际应用，但member function table被应用virtual functions设计中；

第三种： C++对象模型  The C++ Object Model

吸收上两种模型的精华，对内存空间和存取时间做了优化，对class中各种类型进行了差异性处理。分别如下：object中仅存储non-static data和一个vptr指针，该指针指向一个vtable（包含所有的虚拟函数指针）， static-data 和 function 独立于对象存在。

可以支持单继承和多重继承，virtual可以在多重继承中共享继承，仅保留父类的一份对象空间。

优势：data member通过直接访问，提高访问时间

缺点： base class members的任何改变，都会影响到derived class members。

1.2 关键词带来的差异

主要struct和class的不同会给C程序员转到C++程序员带来一些困惑，到C++开发中，struct类型和class类型基本一致，仅在访问权限方面不同，struct默认为public，而class默认为private。初次之外，class可以用于template声明，作用和typename一致，而struct无法应用。

C++中数据内存布局

另外在C++中数据每个access section数据存储位置和声明顺序一致，而不同的access section在内存中顺序不一致；

1.3 对象的差异性

1） 指针的不同

指针之间没有不同，关键是根据指针的类型得到所指向的内存空间的不同。如int *指向整数布局空间（一般4个bytes），而char *，则仅指向一个byte的字节空间，object * 指向object的内存布局空间。 void * 只能表示一个地址，而不能通过它来操作一个object。

2）用指针和引用来实现多态

隐形的转换成基类指针 -> 调用虚拟函数 -> dynamic_cast<derived object *>  动态判断类型来实现多态

3）class object的内存

主要包含nonstatic data  ， alignment bytes， virtual mechanism 所带来的消耗

4）绑定和多态

编译期间：编辑器就将非引用和指针的访问以静态的方式进行绑定，然后运行期间执行；而引用和指针则需要查看是否连接到虚拟函数，然后在运行期间查找特定的函数；

基类的指针只能够访问到基类access section内的member，而无法访问到子类的member（除非实现virtual）

5）OO和OB （object-oriented 和 objected-based） 

前者是面向对象设计，提供了继承和多态（弹性），而后者是基于对象设计，不提供继承，则内容紧凑，消耗空间较少（如String class）（效率）

实例：

1. #include<iostream>
2. using namespace std; 
3. template <class T>
4. struct Node{
5.     T a;
6. };
7. class A {
8.     public:
9.         A(){
10.         cout<<"a1"<<endl;
11.         }
12.         A(const A&a){
13.           cout<<"a2"<<endl;
14.         }
15.         int a;
16.         virtual void  out(){
17.          cout<<"A"<<endl;
18.         }
19. };
20. class B:public A{
21.  public :
22.      int b;
23.      B(){
24.         cout<<"B1"<<endl;
25.      }
26.      void out(){
27.         cout<<"B"<<endl;
28.      }
29. };
30. int main(){
31.     B b;
32.     A a = b;  //将b强行转换为a，b会进行裁剪，然后重新生成a，调用了A的拷贝构造函数，另外新生成的a中的vptr仍然指向A的vtable
33.     a.out();  //由于a不是指针或者引用，所有在编译期间已经实现了静态绑定，绑定了A中的out函数。而如果是pointer，则会绑定为(*a->vptr[index])()
34.     return 0;
35. }

一个pointer或一个reference之所以支持多态，是因为它们并不引发内存中任何“与类型有关的内存委托操作”（type-dependent commitment），会受到改变的，只是它们所指向的内存的“大小和内容解释方式”而已。