C++对象模型1——类对象的sizeof、static成员、对象模型、this指针

一、类对象的sizeof

1、空类对象的sizeof

class test3{ };int main(int argc, char const *argv[])
{   test3 t;cout<<sizeof(t)<<endl;return 0;
}

C++规定，空类对象的sizeof是1，因为如果空类对象的sizeof是0，那么就意味着可以产生不占内存的代码，和计算机的原理违背。所以，编译器在编译代码时，会在test3中安插一个char数据。

向test3中添加一个函数

class test3
{void func() {}
};

输出结果同上，所以，类中的成员函数不占用内存空间。

向test3中添加一个char成员

class test3
{void func() {}char a;
};

输出结果依然是1，将char改为int，输出结果就是4

所以，根据上面的示例，可以得出：类对象的成员函数不影响对象所占的内存空间，只有类对象的成员变量会对其所占的内存空间有影响。

2、含有虚函数的类对象的sizeof

class test3
{virtual void t3func() {}
};int main(int argc, char const *argv[])
{   test3 t;cout<<sizeof(t)<<endl;return 0;
}

类对象会因为虚函数的存在增加所占的内存。这是因为：

1.每个含有虚函数的类产生出一堆指向虚函数的指针，放虚表（virtual table vtbl）中。

2.每个含有虚函数的类对象都有一个虚表指针（vptr），指向相关的虚表。虚表指针的设定和重置由每一个类的构造函数、拷贝构造函数、析构函数和operator=自动完成。此外，每一个类所独有的类型信息（用以支持RTTI）也在虚表中的第一个槽中。

所以，多出来的这8字节就是vptr的在x64平台下的sizeof

可以通过以下命令查看虚表

g++ -fdump-class-hierarchy -fsyntax-only c++model.cpp

可以看到，虚表中除了虚函数之外，还有test3的typeinfo

3、内存对齐和补齐

在2的基础上添加一个新的char类型

class test3
{virtual void t3func() {}char a;
};

输出结果如下

因为vptr是8字节，而char类型只有一个字节，所以编译器会进行字节填充，以保证内存对齐，提高运行效率，所以，需要补齐七个字节进行内存对齐，所以输出16

如果不想让编译器进行字节填充，可以使用如下指令

#pragma pack(1)//按照1字节内存对齐
class test3
{virtual void t3func() {}char a;
};
#pragma pack()//取消内存对齐

4、含有static成员的类对象的sizeof

class test3
{virtual void t3func() {}static void sfunc() {}static int a;
};

输出结果依然是8，所以，无论是静态成员函数还是静态成员变量都不增加类对象的大小。因为静态成员永远只存在一份实例，为所有类对象共有。静态成员位于全局数据区

总结：1、静态成员不增加类对象的sizeof。2、普通成员函数也不增加对象的sizeof。3、vtbl是基于类的，虚函数本身不增加对象的sizeof，但是编译器会在类对象内部安插一个vptr，在x64平台下增加8字节内存。如果对象中还有其他成员变量，会额外增加类对象的内存，额外增加的内存主要来自：成员变量本身的大小以及补齐内存的大小

也就是说一个类对象的大小由其非static成员的总和大小、内存填补以及因虚机制产生的额外内存组成。

二、static成员

static成员的以下几种调用方式

class test
{
public:static int m_i;
};int test::m_i=-1;int main(int argc, char const *argv[])
{test t;t.m_i=0;test::m_i=1;test *pt=&t;pt->m_i=2;return 0;
}

对应的反汇编代码如下

可见，三种调用方式没有区别，汇编代码都是mov DWORD PTR [index], value，都等价于test::m_i，因为static成员不在类对象中，因此，存取static成员也不需要使用类对象或者类对象的指针，所以，即使使用类对象或者指针进行调用，最终也会转化成作用域调用。因为static成员函数没有this，所以可以作为回调函数。static成员函数就是个没有this的全局函数

因为static成员变量或者函数并不属于类对象，所以对其取地址，得到的也只是普通的函数指针或者类型的指针，而不是成员变量或者成员函数的指针

三、对象模型

class myobject
{
public:myobject() {}; virtual ~myobject() {}; float getvalue() const{return value;}static int getcount(){return count;}virtual void vfunc() {}protected:float value;static int count;
};

上述代码的对象模型大致如下

如果出现继承，模型还会不一样。上述模型也显示，当调用虚函数时，会通过vptr找到对应的vtbl，然后根据偏移地址对虚函数进行调用。

四、this指针

class A
{
public:int a;A(){printf("A::A() 的 this指针是：%p!\n", this);}void funA() { printf("A::funcA: this = %p\n", this); cout<<&a<<endl;}
};class B
{
public:int b;B(){printf("B::B() 的 this指针是：%p!\n", this);}void funB() { printf("B::funcB: this = %p\n", this); cout<<&b<<endl;}
};class C : public A, public B
{
public:int c;C(){printf("C::C() 的 this指针是：%p!\n", this);}void funC() { printf("C::funcC: this = %p\n", this); cout<<&c<<endl;}void funB() { printf("C::funcB: this = %p\n", this); }
};int main(int argc, char const *argv[])
{   C myc;myc.funA();myc.funB();myc.B::funB();myc.funC();return 0;
}

通过输出以及上述代码可知，类C的内存模型如下

其中，C的this指针与基类列表中的第一个相同（这里是A），其他基类的指针与第一个基类或者派生类的this指针相差成员变量的sizeof（这里A与C的this指针和B的this指针相差sizeof(int a)）

参考

《深度探索C++对象模型》

《C++新经典：对象模型》

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