C++空类的研究

C++空类的研究

 

1.C++空类及没有成员变量的类的大小实例分析
众所周知的C++中空类的大小为1，但是除了空类之外的其他一些没有成员变量的类的大小，还是有相当一部分开发人员对此有很多不明之处的。

这里我们以如下代码为例：

 

1.  
   #include <iostream>
2.  
   using namespace std;
3.  
    
4.  
   class a {};
5.  
   class b {
6.  
   public:
7.  
   void test() { cout << "test" << endl; }
8.  
   };
9.  
   class c :public a {
10.  
    virtual void fun() = 0;
11.  
    };
12.  
    class d :public b, public c {};
13.  
    int main() {
14.  
    cout << "sizeof(a)" << sizeof(a) << endl;//1, 为了保证每个类在内存中都有一个独一无二的地址
15.  
    cout << "sizeof(b)" << sizeof(b) << endl;//1, 成员函数不占用内存
16.  
    cout << "sizeof(c)" << sizeof(c) << endl;//4, 虚函数表指针占用4个字节
17.  
    cout << "sizeof(d)" << sizeof(d) << endl;//8, 内存对齐
18.  
    getchar();
19.  
     
20.  
    return 0;
21.  
    }

为什么会出现这种结果呢?初学者肯定会对此疑惑不解，类a，b明明是空类，它的大小应该为为0，为什么编译器输出的结果为1呢?这就是我们刚才所说的实例化的原因(空类同样可以被实例化)，每个实例在内存中都有一个独一无二的地址，为了达到这个目的，编译器往往会给一个空类隐含的加一个字节，这样空类在实例化后在内存得到了独一无二的地址，所以a，b的大小为1。
而类c是由类a派生而来，它里面有一个纯虚函数，由于有虚函数的原因，有一个指向虚函数表的指针(vptr，有多个虚函数仍然是只有一个指针)，在32位的系统分配给指针的大小为4个字节，所以最后得到c类的大小为4。

类d的大小更是会让很多的初学者疑惑，类d是由类b，c派生而来的，它的大小应该为二者之和5，为什么却是8呢?这是因为为了提高实例在内存中的存取效率，内存中会有数据对齐，于是类的大小往往被调整到4字节的整数倍。并采取就近的法则，往大的方向取最近的倍数，就是该类的大小，所以类d的大小为8个字节(假如d由3个空类和c派生而来，仍然是8)。 

 

空类的作用

 

1.  
   class Empty
2.  
   {
3.  
   public:
4.  
   Empty(){} //允许子类调用
5.  
   ~Empty(){}
6.  
   private:
7.  
   Empty(const Empty&); //禁止复制
8.  
   Empty& operator = (const Empty&);//禁止赋值
9.  
   };
10.  
     
11.  
     
12.  
    class SomeClass: private Empty
13.  
    {
14.  
    ...
15.  
    };

由以上示例可以看出，如果我们有些类不想被复制或赋值，可以通过从Empty继承来实现。

 

2.在C++中，编译器会为空类提供哪些默认成员函数？分别有什么样的功能呢？ 

空类，声明时编译器不会生成任何成员函数，只会生成1个字节的占位符。
有时可能会以为编译器会为空类生成默认构造函数等，事实上是不会的，编译器只会在需要的时候(当空类定义一个对象)生成6个成员函数：一个缺省的构造函数、一个拷贝构造函数、一个析构函数、一个赋值运算符、一对取址运算符和一个this指针。
当空类定义一个对象时sizeof(Empty)仍是为1，但编译器会生成6个成员函数：一个缺省的构造函数、一个拷贝构造函数、一个析构函数、一个赋值运算符、两个取址运算符。  

class Empty  {}; 

等价于 

 

1.  
   class Empty
2.  
   {
3.  
   public:
4.  
   Empty(); //缺省构造函数
5.  
   Empty(const Empty &other); //拷贝构造函数
6.  
   ~Empty(); //析构函数
7.  
   Empty& operator=(const Empty &other); //赋值运算符
8.  
   Empty* operator&(); //取址运算符
9.  
   const Empty* operator&() const; //取址运算符(const版本)
10.  
    };

 

使用时的调用情况：

1.  
   Empty *e = new Empty(); //缺省构造函数
2.  
   delete e; //析构函数
3.  
   Empty e1; //缺省构造函数
4.  
   Empty e2(e1); //拷贝构造函数
5.  
   e2 = e1; //赋值运算符
6.  
   Empty *pe1 = &e1; //取址运算符(非const)
7.  
   const Empty *pe2 = &e2; //取址运算符(const)

 

C++编译器对这些函数的实现：

 

1.  
   inline Empty::Empty() //缺省构造函数
2.  
   {
3.  
   }
4.  
   inline Empty::~Empty() //析构函数
5.  
   {
6.  
   }
7.  
   inline Empty *Empty::operator&() //取址运算符(非const)
8.  
   {
9.  
   return this;
10.  
    }
11.  
    inline const Empty *Empty::operator&() const //取址运算符(const)
12.  
    {
13.  
    return this;
14.  
    }
15.  
    inline Empty::Empty(const Empty&) //拷贝构造函数
16.  
    {
17.  
    //对类的非静态数据成员进行以"成员为单位"逐一拷贝构造
18.  
    //固定类型的对象拷贝构造是从源对象到目标对象的"逐位"拷贝
19.  
    }
20.  
     
21.  
    inline Empty& Empty::operator=(const Empty&) //赋值运算符
22.  
    {
23.  
    //对类的非静态数据成员进行以"成员为单位"逐一赋值
24.  
    //固定类型的对象赋值是从源对象到目标对象的"逐位"赋值。
25.  
    }

 例如：m是类C中的一个类型为T的非静态成员变量，若C没有声明拷贝构造函数（赋值运算符）， m将会通过T的拷贝构造函数（赋值运算符）被拷贝构造(赋值)；该规则递归应用到m的数据成员，直到找到一个拷贝构造函数（赋值运算符）或固定类型（例如：int、double、指针等)为止。