【C++深度剖析教程28】C++对象模型分析

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今天记录学习的内容是：C++对象模型分析！！！

本质分析：
class是一种特殊的struct

在内存中class依旧可以看做是变量的集合
class与struct遵循相通的对齐准则
class中的成员函数与成员变量是分开存放的
*每个对象有独立的成员变量
*所有对象共享类中的成员函数
下图中的结果是什么？

上面的结果需要分情况讨论，但是不管结果是多少，它们两个都是相等的，因为class本身就是一种特殊的struct。
下面来总结一下，结构体的字节对齐，以及它在不同编译器中的不同的对齐方式！

Linux系统下：GCC默认为4字节对齐，有多个低字节类型的变量（这多个低字节类型（低于字节对齐的大小）的变量是连续存储的，中间没有其他高于4字节类型变量），则这多个低字节类型的变量组成后的字节总数，再与4字节对齐（即4的倍数）
windows下的VS编译器：以最高字节类型的字节数对齐，同理有多个低字节类型的变量的话（这多个低字节类型的变量（低于对齐字节的大小）是连续存储的，中间没有其他类型变量），加在一起再与最大类型字节数做对比（即最大字节数的倍数）

注：
如果是这种情况下：

struct A
{
	char s;
	int a;
	double b;
};

则char s 与int a 合并后的字节总署为5<8，所以char s与int a 合并后再与8字节对齐，所以该结构体的字节数为16，而不是24；
下面看一个例子：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class A
{
    int i;
    int j;
    char c;
    double d;
public:
    void print()
    {
        cout << "i = " << i << ", "
             << "j = " << j << ", "
             << "c = " << c << ", "
             << "d = " << d << endl;
    }
};

struct B
{
    int i;
    int j;
    char c;
    double d;
};

int main()
{
    A a;
    
    cout << "sizeof(A) = " << sizeof(A) << endl;    // 20 bytes
    cout << "sizeof(a) = " << sizeof(a) << endl;
    cout << "sizeof(B) = " << sizeof(B) << endl;    // 20 bytes
    
    a.print();
    
    //定义结构体指针p指向A对象a，
    B* p = reinterpret_cast<B*>(&a);
    
    //通过结构体指针p来操作对象a的内容分
    p->i = 1;
    p->j = 2;
    p->c = 'c';
    p->d = 3;
    
    a.print();
    
    p->i = 100;
    p->j = 200;
    p->c = 'C';
    p->d = 3.14;
    
    a.print();
    
    return 0;
}

运行结果如下：

注意：以上是在linux上用gcc编译器进行编译，所以结构体的对齐方式是以4字节的对齐的，所以结果为20字节，如果放到vs上编译，那么该结构体的大小就为24字节。

同时，我们可以看出，我们可以通过将结构体指针指向类对象来直接操作对象，这也说明了，class是一种特殊的结构体！！！

结论：
运行时的对象，退化为结构体的形式：

所有成员变量在内存中依次排布
成员变量间可能存在内存空隙
可以通过内存地址直接访问成员变量
访问权限关键字在运行时失效
类中的成员函数位于代码段中
调用成员函数时，对象地址作为参数隐式传递
成员函数通过对象地址访问成员变量
C++语法规则隐藏了对象地址的传递过程

下面再看一个例子，来探讨C++中对象的本质：

以下C程序是用来模拟C++中的对象模型的：
50-2.h为：

#ifndef _50_2_H_
#define _50_2_H_

typedef void Demo; //定义Demo为一个void类型

Demo* Demo_Create(int i, int j);
int Demo_GetI(Demo* pThis);
int Demo_GetJ(Demo* pThis);
int Demo_Add(Demo* pThis, int value);
void Demo_Free(Demo* pThis);

#endif

50-2.c为：

#include "50-2.h"
#include "malloc.h"

struct ClassDemo
{
    int mi;
    int mj;
};

Demo* Demo_Create(int i, int j)
{
    struct ClassDemo* ret = (struct ClassDemo*)malloc(sizeof(struct ClassDemo));
    
    if( ret != NULL )
    {
        ret->mi = i;
        ret->mj = j;
    }
    
    return ret;
}

int Demo_GetI(Demo* pThis)
{
     struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;
     
     return obj->mi;
}

int Demo_GetJ(Demo* pThis)
{
    struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;
     
    return obj->mj;
}

int Demo_Add(Demo* pThis, int value)
{
    struct ClassDemo* obj = (struct ClassDemo*)pThis;
     
    return obj->mi + obj->mj + value;
}

void Demo_Free(Demo* pThis)
{
    free(pThis);
}

main.c为：

#include <stdio.h>
#include "50-2.h"

int main()
{
    Demo* d = Demo_Create(1, 2);             // Demo* d = new Demo(1, 2);
    
    printf("d.mi = %d\n", Demo_GetI(d));     // d->getI();
    printf("d.mj = %d\n", Demo_GetJ(d));     // d->getJ();
    printf("Add(3) = %d\n", Demo_Add(d, 3));    // d->add(3);
    
    // d->mi = 100;
    
    Demo_Free(d);
    
    return 0;
}

以上c程序，实现了C++对象的概念，等价于下面的C++程序：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Demo
{
    int mi;
    int mj;
public:
    Demo(int i, int j)
    {
        mi = i;
        mj = j;
    }
    
    int getI()
    {
        return mi;
    }
    
    int getJ()
    {
        return mj;
    }
    
    int add(int value)
    {
        return mi + mj + value;
    }
};

int main()
{
    Demo d(1, 2);
    
    cout << "sizeof(d) = " << sizeof(d) << endl;
    cout << "d.getI() = " << d.getI() << endl;
    cout << "d.getJ() = " << d.getJ() << endl;
    cout << "d.add(3) = " << d.add(3) << endl;
    
    return 0;
}

总结：

C++中的类对象在内存布局上与结构体相同
成员变量和成员函数在内存中是分开存放的
访问权限关键字在运行时失效
调用成员函数时，对象地址作为参数隐式传递

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