文章目錄

• • 1 class本質分析
  • • 1.1 class本質
  • 2 非繼承對象模型分析
  • • 2.1 非繼承對象模型分析
  • 3 繼承對象模型分析
  • • 3.1 繼承對象模型
    • 3.2 多態對象模型

1 class本質分析

1.1 class本質

class是一種特殊的struct：

• 在內存中class依舊可以看作變量的集合。
• class與struct遵循相同的內存對齊規則。
• class中的成員函數與成員變量是分開存放的：
  • 每個對象有獨立的成員變量。
  • 所有對象共享類中的成員函數。

值得思考的問題：

對象內存布局初探：

#include <iostream> #include <string>using namespace std;class A {int i;int j;char c;double d; public:void print(){cout << "i = " << i << ", "<< "j = " << j << ", "<< "c = " << c << ", "<< "d = " << d << endl;} };struct B {int i;int j;char c;double d; };int main() {A a;cout << "sizeof(A) = " << sizeof(A) << endl; // 20 bytescout << "sizeof(a) = " << sizeof(a) << endl;cout << "sizeof(B) = " << sizeof(B) << endl; // 20 bytesa.print();B* p = reinterpret_cast<B*>(&a);p->i = 1;p->j = 2;p->c = 'c';p->d = 3;a.print();p->i = 100;p->j = 200;p->c = 'C';p->d = 3.14;a.print();return 0; }

運行時的對象退化為結構體的形式：

• 所有成員變量在內存中依次排布。
• 成員變量可能存在內存空隙。
• 可以通過內存地址直接訪問成員變量。
• 訪問權限關鍵字在運行時失效。

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2 非繼承對象模型分析

2.1 非繼承對象模型分析

對象模型分析：

• 類中的成員函數位于代碼段中。
• 調用成員函數時對象地址作為參數隱式傳遞。
• 成員函數通過對象地址訪問成員變量。
• C++語法規則隱藏了對象地址的傳遞過程。

下面用C語言實現如下C++代碼：

#include <iostream> #include <string>using namespace std;class Demo {int mi;int mj; public:Demo(int i, int j){mi = i;mj = j;}int getI(){return mi;}int getJ(){return mj;}int add(int value){return mi + mj + value;} };int main() {Demo d(1, 2);cout << "sizeof(d) = " << sizeof(d) << endl;cout << "d.getI() = " << d.getI() << endl;cout << "d.getJ() = " << d.getJ() << endl;cout << "d.add(3) = " << d.add(3) << endl;return 0; }

demo.h：

#ifndef _50_2_H_ #define _50_2_H_typedef void Demo;Demo* Demo_Create(int i, int j); int Demo_GetI(Demo* pThis); int Demo_GetJ(Demo* pThis); int Demo_Add(Demo* pThis, int value); void Demo_Free(Demo* pThis);#endif

demo.c：

#include "50-2.h" #include "malloc.h"struct ClassDemo {int mi;int mj; };Demo* Demo_Create(int i, int j) {struct ClassDemo* ret = (struct ClassDemo*)malloc(sizeof(struct ClassDemo));if( ret != NULL ){ret->mi = i;ret->mj = j;}return ret; }int Demo_GetI(Demo* pThis) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;return obj->mi; }int Demo_GetJ(Demo* pThis) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;return obj->mj; }int Demo_Add(Demo* pThis, int value) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;return obj->mi + obj->mj + value; }void Demo_Free(Demo* pThis) {free(pThis); }

main.c：

#include <stdio.h> #include "50-2.h"int main() {Demo* d = Demo_Create(1, 2); // Demo* d = new Demo(1, 2);printf("d.mi = %d\n", Demo_GetI(d)); // d->getI();printf("d.mj = %d\n", Demo_GetJ(d)); // d->getJ();printf("Add(3) = %d\n", Demo_Add(d, 3)); // d->add(3);// d->mi = 100;Demo_Free(d);return 0; }

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3 繼承對象模型分析

3.1 繼承對象模型

繼承對象模型：

• 在C++編譯器的內部類可以理解為結構體。
• 子類是由父類成員疊加子類新成員得到的。

3.2 多態對象模型

C++多態的實現原理：

• 當類中聲明虛函數時，編譯器會在類中生成一個虛函數表。
• 虛函數表是一個存儲成員函數地址的數據結構。
• 虛函數表是由編譯器自動生成與維護的。
• virtual成員函數會被編譯器放入虛函數表中。
• 存在虛函數時，每個對象中都有一個指向虛函數表的指針（位于最前面）。

繼承對象模型示例：

#include <iostream> #include <string>using namespace std;class Demo { protected:int mi;int mj; public:virtual void print(){cout << "mi = " << mi << ", "<< "mj = " << mj << endl;} };class Derived : public Demo {int mk; public:Derived(int i, int j, int k){mi = i;mj = j;mk = k;}void print(){cout << "mi = " << mi << ", "<< "mj = " << mj << ", "<< "mk = " << mk << endl;} };struct Test {void* p;int mi;int mj;int mk; };int main() {cout << "sizeof(Demo) = " << sizeof(Demo) << endl; cout << "sizeof(Derived) = " << sizeof(Derived) << endl; Derived d(1, 2, 3);Test* p = reinterpret_cast<Test*>(&d);cout << "Before changing ..." << endl;d.print();p->mi = 10;p->mj = 20;p->mk = 30;cout << "After changing ..." << endl;d.print();return 0; }

用C語言實現多態特性：
demo.h：

#ifndef _51_2_H_ #define _51_2_H_typedef void Demo; typedef void Derived;Demo* Demo_Create(int i, int j); int Demo_GetI(Demo* pThis); int Demo_GetJ(Demo* pThis); int Demo_Add(Demo* pThis, int value); void Demo_Free(Demo* pThis);Derived* Derived_Create(int i, int j, int k); int Derived_GetK(Derived* pThis); int Derived_Add(Derived* pThis, int value);#endif

demo.c：

#include "51-2.h" #include "malloc.h"static int Demo_Virtual_Add(Demo* pThis, int value); static int Derived_Virtual_Add(Demo* pThis, int value);struct VTable // 2. 定義虛函數表數據結構 {int (*pAdd)(void*, int); // 3. 虛函數表里面存儲什么？？？ };struct ClassDemo {struct VTable* vptr; // 1. 定義虛函數表指針 ==》 虛函數表指針類型？？？int mi;int mj; };struct ClassDerived {struct ClassDemo d;int mk; };static struct VTable g_Demo_vtbl = {Demo_Virtual_Add };static struct VTable g_Derived_vtbl = {Derived_Virtual_Add };Demo* Demo_Create(int i, int j) {struct ClassDemo* ret = (struct ClassDemo*)malloc(sizeof(struct ClassDemo)); if( ret != NULL ){ret->vptr = &g_Demo_vtbl; // 4. 關聯對象和虛函數表ret->mi = i;ret->mj = j;}return ret; }int Demo_GetI(Demo* pThis) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis; return obj->mi; }int Demo_GetJ(Demo* pThis) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;return obj->mj; }// 6. 定義虛函數表中指針所指向的具體函數 static int Demo_Virtual_Add(Demo* pThis, int value) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;return obj->mi + obj->mj + value; }// 5. 分析具體的虛函數！！！！ int Demo_Add(Demo* pThis, int value) {struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;return obj->vptr->pAdd(pThis, value); }void Demo_Free(Demo* pThis) {free(pThis); }Derived* Derived_Create(int i, int j, int k) {struct ClassDerived* ret = (struct ClassDerived*)malloc(sizeof(struct ClassDerived));if( ret != NULL ){ret->d.vptr = &g_Derived_vtbl;ret->d.mi = i;ret->d.mj = j;ret->mk = k;}return ret; }int Derived_GetK(Derived* pThis) {struct ClassDerived* obj = (struct ClassDerived*)pThis;return obj->mk; }static int Derived_Virtual_Add(Demo* pThis, int value) {struct ClassDerived* obj = (struct ClassDerived*)pThis; return obj->mk + value; }int Derived_Add(Derived* pThis, int value) { struct ClassDerived* obj = (struct ClassDerived*)pThis;return obj->d.vptr->pAdd(pThis, value); }

main.c：

#include "stdio.h" #include "51-2.h"void run(Demo* p, int v) {int r = Demo_Add(p, v);printf("r = %d\n", r); }int main() {Demo* pb = Demo_Create(1, 2);Derived* pd = Derived_Create(1, 22, 333);printf("pb->add(3) = %d\n", Demo_Add(pb, 3));printf("pd->add(3) = %d\n", Derived_Add(pd, 3));run(pb, 3);run(pd, 3);Demo_Free(pb);Demo_Free(pd);return 0; }

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參考資料：

C++深度解析教程

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++对象模型分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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