C/C++编程：C++的对象模型

叁歲伎倆 2022-10-21 03:41 123阅读 0赞

在C++中，有两种类数据成员

*  静态数据成员
 *  非静态数据成员

有三种类成员函数

*  静态成员函数
 *  非静态成员函数
 *  虚成员函数

比如：

class Point{
        
    	public:
    		Point(float xval);
    		virtual ~Point();
    
    		float x() const;
    		static int PointCount();
    		
    	protected:
    		virtual ostream& print(ostream &os)const;
    			
    		float _x;
    		static int _point_count;
    };

这个Point类在机器中将会怎么表示呢？

# 单对象模型 #

优点：

*  降低了C++编译器的设计复杂度

缺点：

*  空间和执行效率低

实现：

*  一个对象就是一个slots，每一个slot指向一个成员。
 *  成员按照其声明次序，各被指定一个slot
 *  每一个数据成员和对象成员都有自己的slot

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  成员本身并不放在对象中，只有“指向成员的指针”才放在对象内。这样做可以避免“成员有不同的类型，因而需要不同的存储空间”导致的问题
 *  对象中的成员是以slot的索引值来寻找。上面：\_x的索引是6，\_point\_count的索引是7.
 *  一个类对象的大小 = (指针大小 \* class中所声明的成员数目)

# 表格驱动对象模型 #

实现：

*  把所有成员的信息抽出来，放在数据成员表和成员函数表中，类对象本身则含有一个指向这两个表格的指针
 *  成员函数表是一系列的slots，每一个slot指向一个成员函数。
 *  数据成员表直接含有数据本身  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

# C++对象模型 #

优点：

*  空间和存取效率高

缺点：

*  如果应用程序代码本身未曾改变，但所用到的**类对象**的**非静态数据成员**有所修改(增加、移除会在更改)，那么应用程序代码需要重写编译  
    实现：
 *  **非静态数据成员**被配置于每一个**类对象**中
 *  **静态数据成员**被存在在所有**类对象**之外
 *  **静态成员函数**和**非静态成员函数**被放在所有的类对象之外
 *  **虚函数**分两个步骤：
    
     *  每一个**类**产生出一堆指向**虚函数**的指针，放在表格中，这个表格叫做**虚函数表**（virtual table，vtbl）
     *  每一个**类对象**被添加了一个指针`vptr`，指向相关的**虚函数表**。
        
         *  `vptr`的设置和重置都由每一个类的**构造**、**析构**、**拷贝运算符**自动完成
         *  每一个**类**所关联的`type objetc`（用以支持runtime type identification，RTTI）也由**虚函数表**指出来，通常是放在表格的第一个slot处。
        
        ![\-][-]

# 继承与对象模型 #

C++支持单一继承：

class Library_material{
        };
    class Book : public  Library_material{
        };
    class Rental_book : public Book {
        };

C++支持多重继承：

class iostream : public istream, public ostream{
        ...};

C++支持虚拟继承(virtual，也就是共享的意思)

class istream : virtual public ios {
        };
    class ostream : virtual public ios {
        };

在虚拟继承的情况下，基类不管在继承串链中被派生多少次，永远只会存在一个实体(subobject\[基类子对象\])  
![在这里插入图片描述][20210503131318655.png]

> 一个派生类是如果塑造基类的实体呢？

在简单对象模型中：

*  每一个基类可以被**派生类对象**内的一个slot指出，也就是说，该slot中存的是**base class subobject**的地址
 *  缺点：因为间接性导致空间和存取时间上的额外负担
 *  优点：类对象的大小不会因为基类的改变而被影响

另一个基类模型：

*  生成**基类表**时，表格中的每一个slot包含一个相关的**基类(base class)地址**
 *  每一个**类对象**内含一个bptr，被初始化时指向其**基类表**
 *  优点：因为间接性导致空间和存取时间上的额外负担
 *  缺点：
    
     *  每一个**类对象**中对于继承都有一致的表现方式：每一个类对象都应该在某个固定位置上放置一个**基类表指针**，与base classes的大小和数据无关
     *  不需要改变**类对象**本身，就可以放大、缩小会在更改**基类表**  
        ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
        但是，上面两种方法，其**间接性**都将因继承的深度而增加，或者需要额外的空间来放置额外的指针

C++最初采用的继承模型并没有任何间接性：**基类子对象**(base class subobject)的数据成员被直接放置在**派生类对象**中。

*  优点：提供了对基类对象最有效期的提取
 *  缺点：基类成员的任何改变(包括增加、移除、改变类型等)，都需要重写编译所有**用到这个基类或者派生类的对象**

C++2.0引入了**虚基类**(vritual base class)，需要一些间接的基类表现方法：

*  虚基类的原始模型是在**类对象**中为每一个有关联的**虚基类**加上一个指针
 *  其他演化出来的模型要么是导入一个**虚基类表**(vritual base class table)，要么是扩充已经存在的**虚函数表**(vritual table)，以维护每一个**虚基类**的位置

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