C++中对象的内存映像

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,C+,中对象的内存映像,1,内容,数据成员变量在内存中的布局,类在内存中的映像,多态的实现机制,集体讨论,2,typedef,unsigned char,BYTE,;,enum,Color,Red=0X01,Blue,Green,Yellow,Black,;,struct,car,bool,m_hasSkyLight,;,Color,m_color,;,bool,m_isAutoShift,;,double,m_price,;,BYTE,m_seatNum,;,;,类型,字节数,char,1,bool,1,int,4,float,4,double,8,该结构体的对象在内存中占多少个字节？,32,位平台下,15,？,3,32,4,自然对齐,基本数据类型（,short,int,double,）的变量不能简单的存储于内存中的任意地址处，它们的起始地址必须能被它们占用的字节数整除。,复合类型是由基本类型构成的，对象的起始地址要能够满足要求最严格的成员变量自然对齐的要求，如果类中有复合类型的成员变量，依次往后类推。除了整个对象要求自然对齐外，内部的成员变量也要自然对齐；编译器不仅考虑了单个对象的自然对齐要求，还考虑到了对象数组的对齐要求。,5,m_price,m_color,?(,填充,),m_hasSkyLight,m_isAutoShift,?(,填充,),m_seatNum,?(,填充,),0 x00031D10:,0 x00031D14:,0 x00031D18:,0 x00031D20:,0 x00031D28:,4,字节,4,字节,8,字节,8,字节,8,字节,Car,的内存布局,Typedef,unsigned char,BYTE,;,Enum,Color,Red=0X01,Blue,Green,Yellow,Black,;,Struct,car,bool,m_hasSkyLight,;,Color,m_color,;,bool,m_isAutoShift,;,double,m_price,;,BYTE,m_seatNum,;,;,204048:,末尾填充？,编译器按照成员变量声明的顺序分配空间。,为满足各个成员变量自然对齐的要求，可能会在末尾填充若干字节。,对象本身的自然对齐取决于自然对齐要求最高的那个成员变量。,6,如上，编译器不会随便地在任意一个内存地址上创建一个,C+/C,的变量和对象，它们在内存中的首地址要满足一定的条件，数据成员也不是紧挨在一起的，而且每个成员的地址也不是随意安排的，都是经过了编译器的精心规划和计算，这样才能提高对象及其成员的访问效率。,解决的办法,按照成员变量所占字节从大到小的顺序依次声明。,如果满足所有成员的自然对齐，内存将会有大量的浪费，如何有效的利用内存呢？,7,Typedef,unsigned char,BYTE,;,enum,Color,Red=0X01,Blue,Green,Yellow,Black,;,Struct,car,double,m_price,;,Color,m_color,;,bool,m_hasSkyLight,;,bool,m_isAutoShift,;,BYTE,m_seatNum,;,;,m_price,m_color,m_hasSkyLight,m_isAutoShift,m_seatNum,?,填充,0 x00031010:,0 x00031018:,0 x0003101C:,0 x0003101D:,0 x0003101E:,0 x0003101C:,4,字节,4,字节,8,字节,调整后的内存布局,调整后，对象所占内存变为,16,个字节，末尾只有一个填充字节。,如果想将末尾填充的字节也利用了，可以吸收掉末尾的填充字节，在该例中，可以将,m_seatNum,设置为,short,型。,综上所述，类的数据成员类型的选择，声明顺序即排列，采用的对齐方式，都将影响着对象的实际大小和访问效率。,8,在,MS C+/C,中，支持用户在代码中显示的指定复合类型的对齐方式，可用的对齐方式有,1,，,2,，,4,，,8,，,16.,复合类型对象在内存中创建后，每个成员本身的地址取决于它们相对于对象起始地址的偏移字节数，而这个偏移字节数不仅仅与排在它们前面的成员的大小有关，还与用户为这个对象类型指定的成员对齐方式有关。,#,ifdef,_MSC_VER,#,prama,pack(push,4)/,按,4,字节对齐,#,endif,typedef,unsigned char,BYTE,;,enum,Color,Red=0X01,Blue,Green,Yellow,Black,;,Struct,car,bool,m_hasSkyLight,;,Color,m_color,;,bool,m_isAutoShift,;,double,m_price,;,BYTE,m_seatNum,;,;,#,ifdef,_MSC_VER,#,pragma,pack(pop,),#,endif,m_price,m_color,m_hasSkyLight,m_isAutoShift,m_seatNum,0 x00031D10:,0 x00031D18:,0 x00031D1C:,0 x00031D24:,0 x00031D14:,4,字节,4,字节,8,字节,?,填充,?,填充,?,填充,4,字节,4,字节,4,字节对齐映像,9,声明顺序和对齐方式一经确定，每个成员的地址偏移量就确定了，不随对象的改变而改变。一个复合类型的对象在内存中满足了自然对齐的要求，但是其中一些数据成员本身却可能不是自然对齐的。上例中，按,4,个字节自然对齐时，其大小变为,24,个字节，而成员,m_price,的地址却不能被,8,整除。,内容,数据成员变量在内存中的布局,类在内存中的映像,多态的实现机制,集体讨论,10,11,Class Rectangle,public:,Rectangle():m_length(0),m_width(0),Rectangle().,float,GetLength,()const return,m_length,;,float,GetWidth,()const return,m_width,;,void Draw(),protected:,Rectangle(const Rectangle©).,Rectangle&operator=(const Rectangle&assign).,private:,float,m_length,;,float,m_width,;,static unsigned,int,m_count,;,;,12,用户内存区,m_length,m_width,Rectangle,rect,1;,m_length,m_width,Rectangle,rect,1;,.,.,.,程序静态数据区,m_count,代码段,Rectangle:Rectangle,(const Rectangle©),Rectangle:operator=(const Rectangle&assign),Rectangle:Rectangle,(),Rectangle:Rectangle,(),Rectangle:Getlength,(),Rectangle:Getwidth,(),Rectangle,对象的内存映像,Rectangle:Draw,(),内容,数据成员变量在内存中的布局,类在内存中的映像,多态的实现机制,集体讨论,13,14,class Shape,public:,Shape():m_color,(0),virtual shape(),float,GetColor,const return,m_color,;,void,SetColor,(float,color)m_color,=color;),virtual Draw()=0;/,纯虚函数,private:,float,m_color,;,;,class Rectangle:public Shape,public:,.,private:,.,15,程序静态数据区,m_count,代码段,Rectangle:Rectangle,(const Rectangle©),Rectangle:operator=(const Rectangle&assign),Rectangle:Rectangle,(),Rectangle:Rectangle,(),Rectangle:Getlength,(),Rectangle:Getwidth,(),Rectangle:Draw,(),用户内存区,Rectangle,rect,1;,Rectangle,rect,2;,.,.,.,m_length,m_width,m_color,_,vptr,m_length,m_width,m_color,_,vptr,type_info,type_info_ptr,destructor_ptr,draw_ptr,加上继承和多态特性的,Rectangle,对象模型,Shape:GetColor,(),Shape:SetColor,(),16,增加了继承和虚函数的类的对象模型更加复杂，具体规则如下：,为每一个多态类创建一个虚函数指针数组,vtable,，该类的所有虚函数（继承自基类的或者新增的）的地址都保存在这张表里。,多态类的每一个对象中安插一个指针成员,vptr,(,隐藏的,),，其类型为指向函数指针的指针，它总是指向所属的,vtable,也就是说，,vptr,当前所在的对象是什么类型，就指向这个类型的,vtable,.,如果基类已经插入了,vptr,，则派生类将继承和重用该,vptr,.,为了支持,RTTI,（,Runtime Type Identification,），为每一个多态类创建一个,type_info,对象，并把其地址保存在,vtable,一个固定位置，一般为第一个位置，这取决于编译器。,只有虚函数访问需要经过,vptr,的间接寻址，增加了一层间接性，带来了一些额外的开销。,17,关于,vtable,中虚函数指针的排列顺序，有以下规则：,一个虚函数如果在当前,class,中第一次出现（如果在基类中已经出现过，不算第一次），则将其地址插入到该,class,的每一个,vtable,的尾部。,如果派生类改写了基类的虚函数，则这个函数的地址在派生类,vtable,中的位置与它在基类,vtable,中的位置一致；也就是说虚函数第一次出现的时，它在,vtable,中的位置一旦确定，就不会随着派生层次的增加而改变。,派生类没有改写的基类的虚函数被继承插入到派生类,vtable,中，且在派生类,vtable,中的位置与其在基类中的位置相同，即派生类的,vtable,布局兼容其基类的,vtable,。,18,class Shape,public:,Shape():m_color,(0),virtual shape(),float,GetColor,const return,m_color,;,void,SetColor,(float,color)m_color,=color;),virtual Draw()=0;/,纯虚函数,private:,float,m_color,;,;,class Rectangle:public Shape,public:,.,virtual,int,GetName,();,Private:,.,19,type_info_ptr,destructor_ptr,draw_ptr,Shape:_vtable,type_info,of Shape,Shape:Shape,(),0,getName_ptr,Rectangle:_vtable,type_info_ptr,destructor_ptr,draw_ptr,ty