对象模型基础

C++在C的基础上引入了面向对象的程序设计思想，类的封装、继承和多态使得C++功能更加强大，C++的类包含数据成员和成员函数：
数据成员： 静态数据成员，非静态数据成员
成员函数： 非静态成员函数、静态函数、虚函数
C++对象模型研究C++类的数据成员和成员函数在内存中如何布局的问题：
例如：

class Base
{
public:
    int member;  // 非静态数据成员
    static int smember;  // 静态数据成员
    
    void func();  // 非静态成员函数
    static void sfunc();  // 静态成员函数
    virtual void vfunc();  // 虚函数
}

简单对象模型

在简单对象模型中，类的每个实例化对象在内存中都会申请一块连续内存，在这块内存上保存着指向成员变量和函数的指针
如图所示：
在这里插入图片描述
优点： 每个对象的内存大小是固定的，不管是数据成员还是成员函数，都只对应一个指针，在访问时可以很快计算出指针偏移量
弊端： 当访问对象的数据成员时，需要先找到数据成员的指针，然后通过这个指针获取到真实的数据，多了一次寻址，效率较低

表驱动对象模型
表格驱动对象模型对类中的数据成员和成员函数进行了区分，每个对象保留两个指针，一个指向数据成员表，其中存放数据成员的取值，一个指向成员函数表，其中存放指向成员函数的指针
如图：

优点： 对数据和函数进行分开管理
弊端： 访问成员函数时，需要先找到成员函数表，效率更低
C++对象模型
以Base类为例，C++对象模型如图所示：

可以看出：
C++对象模型中有一个指向虚函数表的指针，这个虚函数表中除了存放虚函数的指针之外，还有一个type_info的信息，用于在运行时识别对象的正确类型。
C++对象的非静态成员变量存放在对象的内存空间中，静态成员变量存放在全局数据区
C++对象的成员函数存放在代码区

普通继承场景下的对象模型

单一继承场景
以Base为基类，定义派生类Derived如下：

class Derived : public Base
{
public:
    int member;  // 非静态数据成员
    static int smember_d;  // 静态数据成员
    
    void func();  // 非静态成员函数
    static void sfunc_d();  // 静态成员函数
    virtual void vfunc();  // 虚函数
    virtual void vfunc_d();  // 虚函数
}

对象模型如下：
在这里插入图片描述
派生类有自己的虚函数表，从基类那边拷贝一份，然后进行修改：将type_info改为派生类的信息；如果派生类重写了基类的虚函数vfunc，那么虚函数表中用Derived::vfunc()的指针替换Base::vfunc()的指针；如果派生类新增了虚函数vfunc_d，那么虚函数表中新增一个函数指针指向Derived::vfunc_d()。

多重继承场景
单一继承场景下，派生类在基类的虚函数表上进行修改。多重继承场景，有多个基类的虚函数表。定义基类Base1和派生类Derived如下：

class Base1
{
public:
    int member1;  // 非静态数据成员
    
    virtual void vfunc();  // 虚函数
    virtual void vfunc1();  // 虚函数
    virtual void vfunc2();  // 虚函数
};

class Derived : public Base, public Base1
{
public:
    int member_d;  // 非静态数据成员
    static int smember_d;  // 静态数据成员
    
    void func();  // 非静态成员函数
    static void sfunc_d();  // 静态成员函数
    virtual void vfunc();  // 虚函数
    virtual void vfunc1();  // 虚函数
    virtual void vfunc_d();  // 虚函数
};