关于C++对象的内存分配问题的思考与分析（下）

- 日理万妓 2022-09-01 08:42 168阅读 0赞

**目录**

1.空类的对象占多大的内存？

2.空白基类最优化——单继承

3.空白基类最优化——多继承

4.一般带成员变量的类的对象所占的内存大小是多少？如何计算？

5.虚函数与对象内存之间的关系

6.函数代码（这里指的是变量常量之外的代码）占内存吗？

7.虚函数表在多继承时对内存的影响

--------------------

# **1.空类的对象占多大的内存？** #

class EmptyClass
    {
    
    };
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	cout << "空类的内存大小为：" << sizeof(EmptyClass) << endl << endl << endl;
    	return 0;
    }

输出结果为：

空类的内存大小为：1

EmptyClass中无任何数据成员，按理说它应该可以不占内存，但其实不是这样的。在C++中空类会占一个字节，编译器会给空类隐含加上一个字节，这是为了让对象的实例能够相互区别，并且每个实例在内存中都有独一无二的地址。既然要区分，为什么不是4或者8呢，因为1个字节就足以区分了，多了浪费空间。如果一个空类的大小是0，还会引发其它的问题，比如：数组是可以放对象的，那么若数组里面放的都是空类的对象，那么这个数组占多大内存呢？数组里有多少个元素呢？如何引用？所以“C++中空类会占一个字节”当成是一个规定就好了，不用过于纠结。

# **2.空白基类最优化——单继承** #

class EmptyClass
    {
    
    };
    
    class TestA
    {
    	EmptyClass e;
    	int a;
    };
    
    class TestB : public EmptyClass
    {
    	int b;
    };
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	TestA a;
    	TestB b;
    	cout << "TestA的内存大小为：" << sizeof(a) << endl << endl;
    	cout << "TestB的内存大小为：" << sizeof(b) << endl << endl;
    	return 0;
    }

输入结果为：

TestA的内存大小为：8

TestB的内存大小为：4

为什么TestB的内存大小是4，不应该是5吗？

在上例中，对于大部分编译器而言，sizeof(TestB)的结果是4，而不是8。这就是所谓的空白基类最优化在（empty base optimization-EBO 或 empty base class optimization-EBCO）。在空基类被继承后由于没有任何数据成员，所以子类优化掉基类所占的1 byte。EBO并不是c++标准所规定必须的，但是大部分编译器都会这么做。由于空基类优化技术节省了对象不必要的空间，提高了运行效率，因此成为某些强大技术的基石，基于类型定义类如stl中的binary\_function、unary\_function、iterator、iterator\_traits的实现复用；基于策略类如内存管理、多线程安全同步的实现复用。当某个类存在空类类型的数据成员时，也可考虑借助EBO优化对象布局。

# **3.空白基类最优化——多继承** #

class A {
    
    };
    
    class B {
    
    };
    
    class C : public A
    {
    public:
    	int a;
    };
    
    class D : public A, public B
    {
    public:
    	int a;
    };
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	A a1;
    	C c1;
    	D d1;
    
    	cout << "sizeof(a1): " << sizeof(a1) << endl;
    	cout << "sizeof(c1): " << sizeof(c1) << endl;
    	cout << "sizeof(d1): " << sizeof(d1) << endl;
    	return 0;
    }

输出结果为：

vs下是：

sizeof(a1): 1  
sizeof(c1): 4  
sizeof(d1): 8

gcc编译器是：

sizeof(a1): 1  
sizeof(c1): 4  
sizeof(d1): 4

空白基类最优化适用于单一继承，但对于多重继承需要看情况，该现象随着编译器不同可能不一样。

# **4.一般带成员变量的类的对象所占的内存大小是多少？如何计算？** #

class FruitA
    {
    private:
    	int m_iWeight;
    	char m_bufName[5];	
    	short m_id;
    };
    
    class FruitB
    {
    private:
    	short m_id;
    	int m_iWeight;			
    	char m_bufName[5];
    };
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	cout<<"FruitA的内存大小为："<<sizeof(FruitA)<<endl;
    	cout<<"FruitB的内存大小为："<<sizeof(FruitB)<<endl<<endl<<endl;
    	return 0;
    }

输出结果为：

FruitA的内存大小为：12  
FruitB的内存大小为：16

对齐规则：

（1）对于class(struct/union)的各个成员，第一个成员位于偏移为0的位置，以后每个数据成员的偏移量必须是“\#pragma pack()指定的数”和“该数据成员的自身长度”这二者中较小数值的倍数，不够的话要补填充字节。

（2）在数据成员完成各自对齐之后，class(struct/union)本身长度要保证是“\#pragma pack()指定的数”和“class(struct/union)中最大数据成员长度”这二者中较小值的整数倍，不够的话要补填充字节。

int m_iWeight; 
    	char m_bufName[5]; 
    	short m_id;

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2pvbGluNjc4_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

short m_id; 
    	int m_iWeight; 
    	char m_bufName[5];

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2pvbGluNjc4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

为什么要内存对齐

（1）硬件限制：不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的数据；某些硬件平台只能在某些地址处取特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

（2）提高性能：内存8字节对齐（注：cpu访问byte、WORD、DWORD、\_\_int64类型的数据时，只用一次内存访问）后，CPU的内存访问速度大大提升。

# **5.虚函数与对象内存之间的关系** #

class FruitC
    {
    private:
    	int m_iWeight;
    	char m_bufName[5];	
    	short m_id;
    
    public:
    };
    
    class FruitD
    {
    private:
    	int m_iWeight;
    	char m_bufName[5];	
    	short m_id;
    
    public:
    	virtual void SetName(char *bufName)
    	{
    
    	}
    };
    
    class FruitE
    {
    private:
    	int m_iWeight;
    	char m_bufName[5];	
    	short m_id;
    
    public:
    	virtual void SetName(char *bufName)
    	{
    
    	}
    
    	virtual void SetWeight(int weight)
    	{
    
    	}
    };
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	cout<<"FruitC的内存大小为："<<sizeof(FruitC)<<endl<<endl;
    	cout<<"FruitD的内存大小为："<<sizeof(FruitD)<<endl<<endl;
    	cout<<"FruitE的内存大小为："<<sizeof(FruitE)<<endl<<endl;
    	return 0;
    }

输出结果为：

FruitC的内存大小为：12

FruitD的内存大小为：16

FruitE的内存大小为：16

FruitC的内存大小为：12，这个很好理解，按照对齐规则计算出来就是这么多

FruitD的内存大小为：16 ，FruitC和FruitD的区别只有一点，就是FruitD多了一个虚函数。每一个有虚函数的类（或有虚函数的类的派生类）都有一个虚函数表，该类的任何对象中都放着该虚函数表的指针，虚函数表是编译器生成的，程序运行时被载入内存。一个类的虚函数表中列出了该类的全部虚函数地址，对象存储空间的最前端，存放的是虚函数表的地址。FruitD比FruitC多了4个字节，就是因为虚函数表的指针多占了4个字节。

FruitE的内存大小为：16，FruitE和FruitD的大小都是16，别看FruitE有2个虚函数，但其实虚函数表只有1个虚函数表指针也只有1个，不会应为虚函数个数而改变。

# **6.函数代码（这里指的是变量常量之外的代码）占内存吗？** #

class Test
    {
    public:	
    	void Func1()
    	{
    
    	}
    
    	void Func2()
    	{
    
    	}
    };
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	cout<<"Test的内存大小为："<<sizeof(Test)<<endl<<endl;
    	return 0;
    }

内存的分区：

代码区：存放程序的代码，即CPU执行的机器指令，并且是只读的。  
常量区：存放常量(程序在运行的期间不能够被改变的量，例如: 10，字符串常量”abcde”， 数组的名字等)  
静态区（全局区）：静态变量和全局变量的存储区域是一起的，静态区的内存直到程序全部结束之后才会被释放  
堆区：由程序员调用malloc/new函数来主动申请的，需使用free/delete函数来释放内存，若申请了堆区内存，之后忘记释放内存，很容易造成内存泄漏  
栈区：存放函数内的局部变量，形参和函数返回值。栈区之中的数据的作用范围过了之后，系统就会自动回收栈区的内存，不需要开发人员来手动管理。

函数代码存放在代码区，它也是占内存的，不过它是从程序加载时，就已经由系统分配好了内存用于存放这些代码，不能直接用sizeof求得函数代码所占的内存。而代码运行时所需要的内存，比如栈，堆等，则是在代码执行时才分配的。对于某个类的所有对象来说，类成员函数在内存中只有有一份，所有对象都共享一份成员函数的代码，同一个类的不同对象之间的差异是通过成员变量来体现的。

# **7.虚函数表在多继承时对内存的影响** #

class BaseA
    {
    	virtual void FuncA()
    	{
    	}
    };
    
    class BaseB
    {
    	virtual void FuncB()
    	{
    	}
    };
    
    class TestC : public BaseA, public BaseB
    {
    
    };
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	cout<<"TestC的内存大小为："<<sizeof(TestC)<<endl<<endl; 
    	return 0;
    }

输出结果为：

TestC的内存大小为：8

同时继承N个基类时，若基类中都有虚函数，则派生类中会有N个虚函数表指针，此时，派生类所占内存中会包含这N个指针所占用的空间。

class BaseA
    {
    	virtual void FuncA()
    	{
    	}
    };
    
    class BaseB : public BaseA
    {
    	virtual void FuncB()
    	{
    	}
    };
    
    class TestC : public BaseB
    {
    
    };
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	cout<<"TestC的内存大小为："<<sizeof(TestC)<<endl<<endl; 
    	return 0;
    }

输出结果为：

TestC的内存大小为：4

多次单继承时，派生类中只会有1个虚函数表指针，此时派生类所占内存中会包含这1个指针所用的空间。

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