C++类对应的内存结构

蔚落 2022-06-18 01:55 139阅读 0赞

原帖地址 [http://blog.csdn.net/guogangj/article/details/2036785][http_blog.csdn.net_guogangj_article_details_2036785]

转载只是为了个人收藏 方便学习~~

提示1：对“内存结构”表示有疑问或不解的，先参考：

[http://blog.csdn.net/guogangj/archive/2007/05/25/1625199.aspx][http_blog.csdn.net_guogangj_archive_2007_05_25_1625199.aspx]，

本文使用的表示方法和VC6的Memory视图一致，即：左上表示低位。

提示2：下文提到的“类大小”严格上来说是该类经过实例化的对象的大小。当然了，光研究长度的话，两者差别不大，因为:CClassA objA，sizeof(CClassA)和sizeof(objA)得到的结果都是一样的。

一、真空类

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CNull { }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：1

内存结构：

评注：长度其实为0，这个字节作为内容没有意义，可能每次都不一样。

二、空类

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CNull2 { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CNull2(){printf("Construct/n");} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;~CNull2(){printf("Desctruct/n");} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;void Foo(){printf("Foo/n");} }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：1

内存结构：

评注：同真空类差不多，内部的成员函数并不会影响类大小。

三、简单类

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class COneMember { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;COneMember(int iValue = 0){m_iOne = iValue;}; private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iOne; }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：4

内存结构：

评注：成员数据才影响类大小。

四、简单继承

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CTwoMember:public COneMember { private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iTwo; }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：8

内存结构：

评注：子类成员接在父类成员之后。

五、再继承

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CThreemember:public CTwoMember { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CThreemember(int iValue=10) {m_iThree = iValue;}; private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iThree; }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：12

内存结构：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 00 00 00 00 //m_iOne CC CC CC CC //m_iTwo 0A 00 00 00 //m_iThree </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

评注：孙类成员接在子类之后，再再继承就依此类推了。

六、多重继承

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class ClassA { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ClassA(int iValue=1){m_iA = iValue;}; private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iA; }; &nbsp; class ClassB { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ClassB(int iValue=2){m_iB = iValue;}; private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iB; }; &nbsp; class ClassC { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ClassC(int iValue=3){m_iC = iValue;}; private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iC; }; &nbsp; class CComplex :public ClassA, public ClassB, public ClassC { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CComplex(int iValue=4){m_iComplex = iValue;}; private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iComplex; }; &nbsp; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：16

内存结构：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 01 00 00 00&nbsp;&nbsp;//A 02 00 00 00&nbsp;&nbsp;//B 03 00 00 00&nbsp;&nbsp;//C 04 00 00 00&nbsp;&nbsp;//Complex </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

评注：也是父类成员先出现在前边，我想这都足够好理解。

七、复杂一些的继承

不写代码了，怕读者看了眼花，改画图。

![very_complex.gif][]

长度：32

内存结构：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 01 00 00 00 //A 02 00 00 00 //B 03 00 00 00 //C 04 00 00 00 //Complex 00 00 00 00 //OneMember CC CC CC CC //TwoMember 0A 00 00 00 //ThreeMember 05 00 00 00 //VeryComplex </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

评注：还是把自己的成员放在最后。

只要没涉及到“虚”（Virtual），我想没什么难点，不巧的是“虚”正是我们要研究的内容。

八、趁热打铁，看“虚继承”

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CTwoMember:virtual public COneMember { private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iTwo; }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：12

内存结构：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> E8 2F 42 00 //指针，指向一个关于偏移量的数组，且称之虚基类偏移量表指针 CC CC CC CC // m_iTwo 00 00 00 00 // m_iOne（虚基类数据成员） </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

评注：virtual让长度增加了4，其实是多了一个指针，关于这个指针，确实有些复杂，别的文章有具体分析，这里就不岔开具体讲了，可认为它指向一个关于虚基类偏移量的数组，偏移量是关于虚基类数据成员的偏移量。

九、“闭合”虚继承，看看效果

![circle_virtual.gif][]

长度：24

内存结构：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 14 30 42 00 //ClassB的虚基类偏移量表指针 02 00 00 00 //m_iB C4 2F 42 00 //ClassC的虚基类偏移量表指针 03 00 00 00 //m_iC 04 00 00 00 //m_iComplex 01 00 00 00 //m_iA </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

评注：和预料中的一样，虚基类的成员m\_iA只出现了一次，而且是在最后边。当然了，更复杂的情况要比这个难分析得多，但虚继承不是我们研究的重点，我们只需要知道：虚继承利用一个“虚基类偏移量表指针”来使得虚基类即使被重复继承也只会出现一次。

十、看一下关于static成员

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CStaticNull { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CStaticNull(){printf("Construct/n");} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;~CStaticNull(){printf("Desctruct/n");} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;static void Foo(){printf("Foo/n");} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;static int m_iValue; }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：1

内存结构：（同CNull2）

评注：可见static成员不会占用类的大小，static成员的存在区域为静态区，可认为它们是“全局”的，只是不提供全局的访问而已，这跟C的static其实没什么区别。

十一、带一个虚函数的空类

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CVirtualNull { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CVirtualNull(){printf("Construct/n");} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;~CVirtualNull(){printf("Desctruct/n");} &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;virtual void Foo(){printf("Foo/n");} }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：4

内存结构：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 00 31 42 00 //指向虚函数表的指针（虚函数表后面简称“虚表”） &nbsp; 00423100:（虚表） 41 10 40 00 //指向虚函数Foo的指针 &nbsp; 00401041: E9 78 02 00 00 E9 C3 03&nbsp;…&nbsp;//函数Foo的内容（看不懂） </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

评注：带虚函数的类长度就增加了4，这个4其实就是个指针，指向虚函数表的指针，上面这个例子中虚表只有一个函数指针，值就是“0x00401041”，指向的这个地址就是函数的入口了。

十二、继承带虚函数的类

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CVirtualDerived : public CVirtualNull { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CVirtualDerived(){m_iVD=0xFF;}; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;~CVirtualDerived(){}; private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iVD; }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：8

内存结构：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 3C 50 42 00 //虚表指针 FF 00 00 00 //m_iVD &nbsp; 0042503C:（虚表） 23 10 40 00 //指向虚函数Foo的指针，如果这时候创建一个CVirtualNull对象，会发现它的虚表的内容跟这个一样 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

评注：由于父类带了虚函数，子类就算没有显式声明虚函数，虚表还是存在的，虚表存放的位置跟父类不同，但内容是同的，也就是对父类虚表的复制。

十三、子类有新的虚函数

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CVirtualDerived: public CVirtualNull { public: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;CVirtualDerived(){m_iVD=0xFF;}; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;~CVirtualDerived(){}; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;virtual void Foo2(){printf("Foo2/n");}; private: &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int m_iVD; }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：8

内存结构：

评注：虚表还是只有一张，不会因为增加了新的虚函数而多出另一张来，新的虚函数的指针将添加在复制了的虚表的后面。

十四、当纯虚函数（pure function）出现时

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> class CPureVirtual { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;virtual void Foo() = 0; }; &nbsp; class CDerivePV : public CPureVirtual { &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;void Foo(){printf("vd: Foo/n");}; }; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

长度：4（CPureVirtual），4（CDerivePV）

内存结构：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> CPureVirtual: （不可实例化） &nbsp; CDerivePV: 28 50 42 00 //虚表指针 &nbsp; 00425028:（虚表） 5A 10 40 00 //指向Foo的函数指针 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

评注：带纯虚函数的类不可实例化，因此列不出其“内存结构”，由其派生类实现纯虚函数。我们可以看到CDerivePV虽然没有virtual声明，但由于其父类带virtual，所以还是继承了虚表，如果CDerivePV有子类，还是这个道理。

十五、虚函数类的多重继承

前面提到：（子类的虚表）不会因为增加了新的虚函数而多出另一张来，但如果有多重继承的话情况就不是这样了。下例中你将看到两张虚表。

![virtual_function1.gif][]

大小：24

内存结构

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> F8 50 42 00 //虚表指针 01 00 00 00 //m_iA 02 00 00 00 //m_iB E8 50 42 00 //虚表指针 03 00 00 00 //m_iC 04 00 00 00 //m_iComplex &nbsp; 004250F8:（虚表） 5A 10 40 00 //FooA 55 10 40 00 //FooB 64 10 40 00 //FooComplex &nbsp; 004250E8:（虚表） 5F 10 40 00 //FooC </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

评注：子类的虚函数接在第一个基类的虚函数表的后面，所以B接在A后面，Complex接在B后面。基类依次出现，子类成员接在最后面，所以m\_iComplex位于最后面。

本来还想看看更复杂些的情况，甚至包括虚继承和虚函数同时出现的多重多层继承情况，但确实有些复杂了，自己还有些找不到规律，所以准备之后再补充。

[http_blog.csdn.net_guogangj_article_details_2036785]: http://blog.csdn.net/guogangj/article/details/2036785
[http_blog.csdn.net_guogangj_archive_2007_05_25_1625199.aspx]: http://blog.csdn.net/guogangj/archive/2007/05/25/1625199.aspx
[very_complex.gif]: /images/20220618/96fdfd0b423f47d1983506ae78277855.png
[circle_virtual.gif]: /images/20220618/60d158c0d98b446b9f417fb3af344a2e.png
[virtual_function1.gif]: /images/20220618/1073d47f40084f63adfbdd8c42dd64fe.png