C 繼承多型下的記憶體分布

(2012-05-08 23:36:58)

虛函式是物件導向程式設計語言裡乙個很重要的機制，下面我們以乙個c++例子，分析其對應的c語言程式來說明虛函式的機制。

物件導向有了乙個重要的概念就是物件的例項，物件的例項代表乙個具體的物件，故其肯定有乙個資料結構儲存這例項的資料，這一資料報括變數，介面函式指標，如果是虛函式，則有相應的虛函式指標，其他函式指標不包括。

要講虛函式機制，必須講繼承，因為只有繼承才有虛函式的動態繫結功能，先講下c++繼承物件例項記憶體分配基礎知識：

c++繼承分為兩種，普通繼承和虛擬繼承(virtual)。具體的繼承又根據父類中的函式是否virtual而不同。

下面就單繼承分為幾種情況闡述:

1.普通繼承+父類無virtual函式

若子類沒有新定義virtual函式此時子類的布局是 :

由低位址->高位址為父類的元素(沒有vptr),子類的元素(沒有vptr).

若子類有新定義virtual函式此時子類的布局是 :

由低位址->高位址為父類的元素(沒有vptr),子類的元素(包含vptr,指向vtable.)

2. 普通繼承+父類有virtual函式

不管子類沒有新定義virtual函式此時子類的布局是 : 由低位址->高位址為父類的元素(包含vptr), 子類的元素.

如果子類有新定義的virtual函式,那麼在父類的vptr(也就是第乙個vptr)對應的vtable中新增乙個函式指標.

3.virtual繼承

若子類沒有新定義virtual函式此時子類的布局是 :

由低位址->高位址子類的元素(有vptr),虛基類的元素.為什麼這裡會出現vptr,因為虛基類派生出來的類中,虛類的物件不在固定位置(猜測應該是在記憶體的尾部),需要乙個中介才能訪問虛類的物件.所以雖然沒有virtual函式,子類也需要有乙個vptr,對應的vtable中需要有一項指向虛基類.

若子類有新定義virtual函式此時子類的布局是與沒有定義新virtual函式記憶體布局一致.但是在vtable中會多出新增的虛函式的指標.

4.多重繼承

此時子類的布局是 :

由低位址->高位址為父類p1的元素(p1按照實際情況確定元素中是否包含vptr), 父類p2的元素(p2按照實際情況確定元素中是否包含vptr),子類的元素.

如果所有父類都沒有vptr,那麼如果子類定義了新的virtual function,那麼子類的元素中會有vptr,對應的vtable會有相應的函式指標.

如果有的父類存在vptr.如果子類定義了新的virtual function,會生成乙個子類的vtable，這個子類的vtable是，在它的父類的vtable中後新增這個新的虛函式指標生成的.因為子類分配的空間顯示並沒有新增加乙個4位元組的指標空間，其實不管子類增加了多少新的虛函式，其空間大小不變，因為其和虛函式相關的分配的空間就是乙個vptr，是乙個指標，也就是4位元組，不變，要變是變在vtable.

fun1() {};

public virtual a();

public virtual b(int b);

int a;

}class test2 extends test1;

public virtual b（int b） ;

public vitrual c（）」)}

int b;

}int main()

首先我們看看下：類test1,test2例項大小及其記憶體分配圖：

test1的例項資料大小是：虛函式表指標（4）+iaptr介面指標+int變數大小（4）=12

而test2的例項資料大小是：test1大小+其變數b大小=12+4=16

注意這是上面的提到的虛類繼承，子類新增的虛函式不增加子類大小，只是在其虛函式表中體現。

大家注意上面的test1,test2的建構函式，析構函式，fun1,fun2都沒加進去。

下面看下例項資料記憶體分布圖：

下面看下其對應的c語言偽**;

1. 已實現的函式：

test1.b(sturct test1 *this ,b);

test2.b（sturct test2 *this ,b）」)}

//上面是虛函式實現

test1.fun1(sturct test1 *this,){}；

test2.fun2(sturct test2 *this){}；

//這個是普通函式，就是上面的，只不過變了名字而已。

2.會生成類對應的結構體：

struct test1test1;

struct test2test2;

3.會生成兩個虛函式表結構體：

struct test1_vtbl

struct test1_vtbl test1_vtb1=;

//父類test1虛函式表。

struct test2_vtbl

struct test2_vtbl test2_vtb1=;

//子類test2虛函式表。

//注意虛函式a還是父類的a，因為其沒有過載，而b過載了就是test2的b了,同時析構函式也是虛函式，是自動加的。

4.編譯器自動生成的一些函式,建構函式，析構函式：

test1.test1(sturct test1 *this )

test1.~test1(sturct test2 *this);

test2.test2(sturct test2 *this)

test2.~test2(struct test2 *this);

5.main函式對應的**：

int main()

對應c偽**：

int main()

我們現在分析a->vtbl->b(a,1) 是如何呼叫到test2.b()函式的。

執行1後，虛函式表是空的，即為null;

執行2

test1 a=new test2();

a. fun1();

}其對應於fun1(tes1 this);

如果乙個x函式是虛函式，執行x才會呼叫this虛函式表中的x，如果是this.x，就直接繫結test.x函式了。

本篇文章**於：開發學院

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