深入剖析cpp对象模型

 

C++对象模型可以概括为以下2部分：　

　　1. 语言中直接支持面向对象程序设计的部分，主要涉及如构造函数、析构函数、虚函数、继承（单继承、多继承、虚继承）、多态等等。

　　2. 对于各种支持的底层实现机制。在c语言中，“数据”和“处理数据的操作（函数）”是分开来声明的，也就是说，语言本身并没有支持“数据和函数”之间的关联性。在c++中，通过抽象数据类型（abstract data type，ADT），在类中定义数据和函数，来实现数据和函数直接的绑定。

　　概括来说，在C++类中有两种成员数据：static、nonstatic；三种成员函数：static、nonstatic、virtual。

1.基础知识

　　C++中的class从面向对象理论出发，将变量(属性)和函数(方法)集中定义在一起，用于描述现实世界中的类。从计算机的角度，程序依然由数据段和代码段构成。

　　C++编译器如何完成面向对象理论到计算机程序的转化？

　　换句话：C++编译器是如何管理类、对象、类和对象之间的关系

　　具体的说：具体对象调用类中的方法，那，c++编译器是如何区分，是那个具体的类，调用这个方法那?

　　思考一下以下代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class C1
{
public:
    int i;  
    int j; 
    int k;  
protected:
private:
}; 

class C2
{
private:
    int i; 
    int j; 
    int k; 
    static int m; 
public:
    int getK() const { return k; } 
    void setK(int val) { k = val; }  
}; 

struct S1
{
    int i;
    int j;
    int k;
}; 

struct S2
{
    int i;
    int j;
    int k;
    static int m;
}; 

int main()
{
    cout << "c1:" << sizeof(C1) << endl;
    cout << "c2:" << sizeof(C2) << endl;
    cout << "s1:" << sizeof(S1) << endl;
    cout << "s2:" << sizeof(S2) << endl;
    system("pause");
}

　　考虑一下，上述的输出结果都为多少？通过执行，我们会发现结果全为12.为什么会这样呢？

　　是因为C++类对象中的成员变量和成员函数是分开存储的。

　　成员变量：

　　　　普通成员变量：存储于对象中，与struct变量有相同的内存布局和字节对齐方式

　　　　静态成员变量：存储于全局数据区中。

　　成员函数：存储于代码段中。

　　通过上面，我们可以得知，成员变量(除静态变量外)都会拷贝一份存储在对象中。而成员函数在内存中，仅仅只有一份。那么问题就来，C++编译器是如何得知是对象obj1在调用func还是obj2在调用func呢？

　　换句话说：int getK() const { return k; }，具体obj1、obj2、obj3对象是如何知道自己在调用自己的那个getK()函数呢？

　　接着往下看...

2.C++编译器对普通成员函数的内部处理

　　我们在类中定义了一个类成员函数,在执行编译阶段C++编译器会将类成员函数变形：

　　比如：

class Test
{
private:
    int i;  
public:
    Test(int j){
        i = j;
    }
}; 

　　上述代码在编译阶段，等价于如下：

struct Test
{
    int i;
};

void Test_init(Test *pthis, int j)
{
    pthis->i = j;
}

　　也就是给函数添加上一个指针变量，这个指针变量是指向对象本身的，当对象调用這个方法的时候，指针变量就指向了這个对象，从而完成了绑定操作，以后只要是這个对象在调用类成员函数，编译器就能很快知道。

　　这也就是C++中隐含的this指针的奥妙之处。

　　还有一点要注意：

　　C++中类的普通成员函数都隐式包含一个指向当前对象的this指针。

　　静态成员函数不包含指向具体对象的指针

3.this指针

　　　类成员函数都默认隐含了一个this指针，作用是接受调用对象的地址；

　　　　

 

　　this指针应用场景：

　　　　若类成员函数的形参和类的属性，名字相同，通过this指针来解决。

　　　　操作符重载！

4.其他

　　下面，我们来看一段代码

class Test
{
private:
    int i;  
public:
    Test(int i){
        this->i = i;
    }
    int getNum()const{ //这里的const修饰的是谁？
        return i;
    }
}; 

　　答案：this指针

　　我们来测试一下,编译直接报错

class Test
{
private:
    int i;  
public:
    Test(int i){
        this->i = i;
    }
    int getNum()const{
        this->i = 100;
    }
};

　　因此，可以证明我之前的答案！