[C++知识库]C++对象模型 之 关于对象

关于对象

布局负担

• virtual function 机制 用以支持一个有效率的“执行期绑定”(runtime binding)
• virtual base class 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体”

C++ 对象模式

//Point class  definination
class Point
{
public: 
     Point (float xval);
     virtual ~Point();
	
	 float x() const;
	 static int PointCount();
	
Protected:
     virtual ostream& print(ostream &os) const;
		
	float _x;
	static int _point_count;
};

简单对象模型

表格驱动对象模型

C++对象模型

• 非静态成员被置于每一个class object之内
• 静态成员被存放在所有class object 之外
• 静态和非静态成员函数也被存于class object 之外
• Virtual functions布局
  

虚函数和虚函数表

• vtbl（virtual table）
  每一个class 产生出一堆指向 virtual functions 的指针，放在表格之中。这个表格被称为 virtual table
• vptr (virtual table ptr)
  每一个class object被添加了一个指针，指向相关的virtual table。 通常这个指针被称为ivptr. vptr的设定（setting）和 重置(resetting) 都由每一个class 的 构造，析构，拷贝运算符自动完成。
• type_info
  每一个class 所关联的type_info object也;经由virtual table被指出来
  

C++如何支持多态

• 1.经过隐式的转化操作， 例如将一个派生类指针转化成一个指向基类的指针

// example 1
shape *ps = new circle();

• 2.经由virtual function的机制

ps->rotate( ) 

• 3.经由dynamic_cast 和 typeid运算符

if ( circle *pc = dynamic_cast<circle *>(ps))

类对象占用内存计算

• 需要多少内存才能变现一个class object?

1. 其非静态成员变量总大小
2. 对齐需要填补的空间
3. 未支持virtual 而由内部产生的任何额外负担

//动物园
class ZooAnimal
{
public:
	ZoonAnimal();
	virtual ~ZoomAnimal();
	//...
	virtual void rotate();

protected:
    int loc;
    String name;	
};

ZoonAnimal za("Zoey");
ZoonAnimal *pza = &za;

多态下对象占用内存情况

class Bear: public ZoomAnimal
{
public:
 	Bear();
 	~Bear();
 	//...
 	void rotate();
 	virtual void dance();
 	//...
 protected:
   enum Dances{ ... }
   Dance dance_know；
   int cell_block;
};

Bear b("Yogi");
Bear *pb = &b;
Bear &rb = *pb;

ZooAnimal 和 Bear 关系1

Bear b;
ZooAnimal *pz = &b;
Bear *pb = &b;

• 每个都指向Bear 对象b 的第一个byte;
• 差别：pb 涵盖整个Bear obj, pz 所涵盖的地址只包含Bear 对象b中的ZoomAnimal subobject

合法的操作：

if( Bear *pb2 = dynamic_cast<Bear *>(pz))
{
	 pb2->cell_block;
}

ZooAinmal 和 Bear 关系2

Bear b;
ZoomAnimal za = b;
//调用ZooAnimal:: rotate()
za.roate();

• 问题1：为什么rotate()调用的是ZoomAnimal实例而不是Bear实例？
  答： za 并不（而且也绝不会是）一个Bear, 它是（并且只能是）一个ZooAnimal

• 问题2 : 为什么za的vptr不指向Bear 的 virtual table?
  答： 编译器在初始化和指定（assignment）操作（将一个class object指定给另一个class object）之间做出了判断。 编译器必须确保如果某个object含有一个或一个以上的vtprs, 那些vptrs的内容不会被base class object初始化或改变

ZooAnimal, Bear 和 Panda 关系3

{
	ZooAnimal za;
	ZooAnimal *pza;

	Bear b;
	Panda *pp = new Panda;

	pza = &b;
}