C++對象模型（1） 關於對象

本系列主要探討與內存關聯最密切的C++語言，也是一個在不斷的學習中的系列。

1.1 C++對象模式

C++對象的額外布局成本主要來源於虛函數引起的指向虛表的指針，以及虛繼承而來的父類。首先說一下虛表，每一個類產生出的一堆指向虛函數的指針，全部放在表格中，這個表格即是虛表，而每一個類對象中只要存在虛函數，就會多出一個指向自己類所屬的虛表的指針，虛表指針一般與機器有關，32位機一般大於4位元組，64位機一般大於8位元組，除了指針本身的大小之外一般會附帶一些額外信息，與機器以及編譯器有關。

上圖為C++對象的數據存儲方式，可以看到對象本身擁有的只是局部數據，以及虛表指針，類的靜態變數儲存在全局。

那麼虛繼承又是怎麼實現的呢，虛繼承是為了阻止菱形繼承而出現的一種繼承方式，首先虛繼承的基類會被視為一個模板，在編譯期間會為此模板生成一個唯一實現，每被虛繼承一次就會相應的產生一個指向此實現的指針，並存儲在bptr表內，此實現也會產生一個類似於虛表指針的指針，它指向存儲指針的bptr表。

1.2 關鍵詞帶來的差異

struct與class的差別並沒有多少，如果說有的話只有struct內成員默認為public，class內成員默認為private，但是設計者在設計之初並不想保留struct，只是為了與C兼容，因此C++相對於C的新的特性並不適用於struct，比如template，因此struct最好只用來作為數據集合，並且只傳輸數據集，而不用來做其它事情。

1.3 對象的差異

C++程序設計直接支持三種程序設計範式：程序模型（傳統的C），抽象數據模型（運算定義仍然隱而未明），面向對象模型（通過抽象基類被封裝）。

C++以三種方法支持多態：指針類型的隱式轉換，虛函數機制，dynamic_cast一類的顯示類型轉換。多態的作用是經由一個共同的介面（函數名稱）影響類型的封裝（忽略類的差異）。

那麼一個對象的大小該怎麼計算呢？包括非靜態成員的大小，加上對齊效果，加上支持虛函數的額外負擔。

1.4 指針布局

指針都是一個機器字長大小，內部存儲了一個地址，那麼指針類型影響的是什麼呢？影響的是定址出來的對象類型的不同，也就是說指針類型會告訴編譯器如何解釋這個地址。因此void*類型的變數應當無法通過指針本身進行操作。

在編譯期間，指針類型將決定可調用的固定介面，以及此介面的准許等級（public,protected,private），在多態情況下，類型信息的封裝存在於虛表，虛表指針所在的鏈表中，現在有如下情況：

Bear b;

ZooAnimal za=b;//引起切割，ZooAnimal是Bear的父類

za.rotate();//調用ZooAnimal::roteta()

為什麼rotate()，調用的是ZooAnimal？以子類初始化父類將會被切割，被切割之後的對象中將不存在與子類有關係的任何東西，因此不再呈現多態。

為什麼b的拷貝不會覆蓋虛表指針？因為編譯器會確保某個對象含有多個虛表指針時，虛表指針不會被基類對象初始化或改變。

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