对象的内存模型

1. C++的内存格局

   C++程序的内存格局通常分为四个区：

   a. 全局数据区(data area)：存放全局变量，静态数据和常量。已初始化的全局变量保存在.data段，未初始化的全局变量保存在.bss段中。

   b. 代码区(code area)：存放所有类成员函数和非成员函数的代码，该区域是只读的。

   c. 栈区(stack area)：存放为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。

   d. 堆区(heap area)：除a,b,c后，余下的空间都被称为堆区。

   物理内存中的这些分区大小有限，所以编译器编译出来的可执行文件是一个叫虚拟内存空间的东西，一般大小为4G。

   

2. C++类的组成

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

   

   C++类对象中的成员变量和成员函数是分开存储的，其中：

   a. 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。每个对象都独占一份成员变量。

      静态成员变量：存储于全局数据区中。

   b. 成员函数：存储于代码段中，只用一段空间来存放这个共同的函数代码段，在调用各对象的函数时，都去调用这个公用的函数代码。

      既然很多对象共用一块代码？代码是如何区分具体对象呢？如何知道函数内操作的是谁的成员变量呢？

      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。函数调用的时候，会传入该对象的指针，自然就知道访问谁的数据成员。

      静态成员函数和非静态成员函数的区别也仅仅是在于这个this指针参数，静态成员函数是没有这个参数的。

 

3. 对象的大小

   每个对象所占用的存储空间只是该对象的数据部分（虚函数指针和虚基类指针也属于数据部分）所占用的存储空间，

   而成员函数（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。所以说new一个对象其实只是new出了成员变量。

   如下代码输出皆为12。

class C1
{
public:
    int i, j, k; // 4 + 4 + 4 = 12
}; 

class C2
{
public:
    int i, j, k; 
    static int m;

public:
    int GetK() const { return k; }
    void SetK(int val) { k = val; }
};

int main()
{
    printf("c1:%d \n", sizeof(C1));
    printf("c2:%d \n", sizeof(C2));
    return 0;
}

 

 4. 如果类中有虚成员函数，那虚函数表存放在哪里呢？

   a. 虚函数表类似一个数组,类对象中存储vptr指针,指向虚函数表.即虚函数表不是函数,不是程序代码,肯定不能存储在代码段。

   b. 虚函数表存储虚函数的地址，即虚函数表的元素是指向类虚成员函数的指针,而类中虚函数的个数在编译时期可以确定,即虚函数表的大小

      可以确定,即大小是在编译时期确定的,不必动态分配内存空间存储虚函数表,所以不在堆中。

   所以：函数表和静态成员变量一样,存放在全局数据区。

 

5. 派生类对象如何构建

   基类中的数据成员，通过继承成为派生类对象的一部分，需要在构造派生类对象的过程中调用基类构造函数来正确初始化；

   注意这里并没有创建基类对象，调用基类的构造函数是为了初始化派生类对象中的基类成员。

   派生类会全部继承基类的成员变量(会开辟内存空间)，但是对于基类中的private成员，派生类是无权访问的，只能调用基类的接口来访问。

   C++标准并没有明确规定派生类的对象在内存中如何分布，来自基类的成员和派生类独有的成员在内存中不一定连续存储。

   贴一个例子，右图是派生类对象逻辑上的布局：