C++对象的内存布局以及虚函数表和虚基表

C++对象的内存布局以及虚函数表和虚基表

本文为整理文章，

参考：

http://blog.csdn.net/haoel/article/details/3081328

http://blog.csdn.net/angelxf/article/details/7746034

 

整理的也不到位，还有很多不理解，先记下来。

 

遇到了一个面试题，是求对象所占空间的大小了。于是想了解一下C++中对象内存的布局。

先来一些结论，以便应付面试：

l  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）；

l  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；

l  因此一个对象的大小≥所有非静态成员大小的总和；

l  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；

l  虚承继的情况：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指针指向虚函数表vfTable和一个vbPtr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）；

l  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；

l  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。

 

接下来说说虚函数表和虚基表

C++多态的实现和Java类似，都是利用虚函数表（Java叫方法表），不同的是，Java中，不用virtual修饰，函数自带virtual属性（指的是那些非静态函数）。之前的文章《从JVM角度看Java多态》中，也简单分析了Java多态的实现机制。C++和Java是类似的。下面我们直接分析吧。

对于单继承

 

Child类重写了Parent的f()，GrandChild类重写了Child类的f()和g_child();

 

GrandChild对象的内存布局为：

 

 

可以看到：

l  虚函数表在最前面的位置。

l  成员变量根据其继承和声明顺序依次放在后面。

l  在单一的继承中，被overwrite的虚函数在虚函数表中得到了更新。

对于多继承

 

Derive对象的内存布局

 

可以看到：

l  每个父类都有自己的虚表。

l  子类的成员函数被放到了第一个父类的表中。

l  内存布局中，其父类布局依次按声明顺序排列。

l  每个父类的虚表中的f()函数都被overwrite成了子类的f()。这样做就是为了解决不同的父类类型的指针指向同一个子类实例，而能够调用到实际的函数。

对于菱形继承问题

 

D对象的内存布局

 

可以看到

我们可以看见，最顶端的父类B其成员变量存在于B1和B2中，并被D给继承下去了。而在D中，其有B1和B2的实例，于是B的成员在D的实例中存在两份，一份是B1继承而来的，另一份是B2继承而来的。所以，容易产生二义性。

 

对于虚继承

 

对于这种问题，VS中和G++采用不同的方式

在VS中 D的内存布局是这样的：

 

 

还不是很明白，总之就是公共基类B会放到最后，而且VS中会有虚基表的概念，vbptr就是指向虚基表的指针

 

对于g++则没有虚基表的概念。

 

先记下来，以后再修改