C ++ 对象模型

概述

C++ 是面向对象的程序设计，除了和 C 一样支持 程序模型，同时也支持 抽象数据类型模型 和 面向对象模型，由于这些引起了 C++ 的复杂性，下面对 C++ 对象进行简要的分析。

关于对象

1. C 语言相关：程序性 —— 数据 与 操作 分开；
2. C++ 相关：抽象数据类型 和 面向对象模型；
   
   • 相对于程序性的设计，C++ 增加了布局和存取时间上的额外负担（该负担主要由 virtual 功能引起）：
     
     • 用于支持一个有效“执行期绑定(runtime binding)”的virtual function 机制；
     • 用以实现“多次出现在继承体系中的 base class，有一个单一而被共享的实例”的virtual base class机制；
   • C++ 中 class 中的数据成员和成员函数：
     
     • data members：static data members 和 nonstatic data members；
     • member functions：static member functions、nonstatic member functions 和 virtual member functions；
   • 对象模型：
     
     • 简单对象模型：每个 object 是一系列的 slots，每个 slots 指向一个 member（包括 data members 和 member functions），相当于指针，member 本身并不保存在 object 对象中；
     • 表格驱动对象模型：每个 object 对象包含一个指向 data member table 和一个指向 member function table 的指针。data member table 保存的是 data 本身，而 member function table 保存的是一系列的指向 member function 的 slots；
     • C++ 对象模型：
       
       • nonstatic data members 放在每一个 class object 之内；
       • static data members 放在个别的 class object 之外；
       • static member functions 和 nonstatic member functions 放在个别的 class object 之外；
       • virtual member functions：
         
         • 每一个 class 产生多个指向 virtual functions 的指针，由这些指针组成虚函数表 virtual table（vtbl）；
         • 每一个 class object 添加一个指向虚函数表 virtual table 的指针，这个指针被称为 vptr；
   • C++继承：
     
     • 单一继承：继承 base class 的数据；
     • 多重继承：从多个 base class 继承数据；
     • 虚继承：virtual base class 不管在继承链中被派生多少次，只会存在一个实例；每一个 class object 保存指向 virtual base class 实例的指针；
   • C++多态：
     
     • C++只有通过 pointer 指针 和 reference 引用的间接处理多态；
     • 支持多态的方法：
       
       • 隐式的转换操作：例如 基类对象指针指向派生类对象；
       • virtual function 机制：通过指针调用相对应的函数；
       • dynamic_cast 和 typeid 运算符：dynamic_cast 使派生类对象指针能够指向基类对象；
   • class object 内存大小：
     
     • object 内部 nonstatic data member 的总和；
     • 内存对齐引起的填充字节空间；
     • 由 virtual 功能引起的额外负担；
   • 指针类型：
     
     • 根据其所寻址的 object 类型引导编译器解释某个特定地址中的内存内容及其大小；
     • 类型为 void *的指针只能够持有一个地址，而不能通过它操作所指向的 object 对象；
     • 类型转换 static_cast(静态转换)、const_cast(常量转换)、dynamic_cast(动态转换)、reinterpret_cast(重解释转换) 不会改变指针的真正地址，它只影响所指的内存大小及其内容的解释方式；
   • 多态的内存布局： pointer 指针 和 reference 引用的间接处理多态，不会引发内存地址改变，只是改变他们所指向的内存的大小及其内容的解释方式；