C ++ 对象模型

Myth丶恋晨 2022-08-06 20:28 155阅读 0赞

### 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；