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C++中类的大小问题(转)

补充转载的《c++类的大小sizeof》防止忘记
C++类的大小——sizeof()
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以下的讨论都是在不用#pragma pack( num )下的结果,num表示以多少个字节对齐。

初学者在学习面向对象的程序设计语言时,或多或少的都些疑问,我们写的代码与最终生编译成的代码却 大相径庭,我们并不知道编译器在后台做了什么工作.这些都是由于我们仅停留在语言层的原因,所谓语言层就是教会我们一些基本的语法法则,但不会告诉我们为什么这么做?今天和大家谈的一点感悟就是我在学习编程过程中的一点经验,是编译器这方面的一个具体功能.

首先:我们要知道什么是类的实例化,所谓类的实例化就是在内存中分配一块地址.

那我们先看看一个例子:

#include<iostream.h>

class a {};class b{};class c:public a{virtual void fun()=0;};class d:public b,public c{};int main(){cout<<"sizeof(a)"<<sizeof(a)<<endl;cout<<"sizeof(b)"<<sizeof(b)<<endl;cout<<"sizeof(c)"<<sizeof(c)<<endl;cout<<"sizeof(d)"<<sizeof(d)<<endl;return 0;}

程序执行的输出结果为:

sizeof(a) =1

sizeof(b)=1

sizeof(c)=4

sizeof(d)=8

上面是在VC++6.0编译的结果,但是在Dev-C++和Code::Blocks下得出的结果是sizeof( d ) = 4

为什么会出现这种结果呢?初学者肯定会很烦恼是吗?类a,b明明是空类,它的大小应该为为0,为什么 编译器输出的结果为1呢?这就是我们刚才所说的实例化的原因(空类同样可以被实例化),每个实例在内存中都有一个独一无二的地址,为了达到这个目的,编译器往往会给一个空类隐含的加一个字节,这样空类在实例化后在内存得到了独一无二的地址.所以a,b的大小为1.

而类c是由类a派生而来,它里面有一个纯虚函数,由于有虚函数的原因,有一个指向虚函数的指针(vptr),在32位的系统分配给指针的大小为4个字节,所以最后得到c类的大小为4.

类d的大小更让初学者疑惑吧,类d是由类b,c派生迩来的,它的大小应该为二者之和5,为什么却是8  呢?这是因为为了提高实例在内存中的存取效率.类的大小往往被调整到系统的整数倍.并采取就近的法则,里哪个最近的倍数,就是该类的大小,所以类d的大小为8个字节.

当然在不同的编译器上得到的结果可能不同,但是这个实验告诉我们初学者,不管类是否为空类,均可被实例化(空类也可被实例化),每个被实例都有一个独一无二的地址.

我所用的编译器为vc++ 6.0.

下面我们再看一个例子.

#include<iostream.h>class a{pivate: int data;};

class b{ private: int data;static int data1;};int b::data1=0;void mian(){cout<<"sizeof(a)="<<sizeof(a)<<endl;cout<<"sizeof(b)="<<sizeof(b)<<endl;}

执行结果为:

sizeof(a)=4;

sizeof(b)=4;

为什么类b多了一个数据成员,却大小和类a的大小相同呢?因为:类b的静态数据成员被编译器放在程序的一个global data members中,它是类的一个数据成员.但是它不影响类的大小,不管这个类实际产生 了多少实例,还是派生了多少新的类,静态成员数据在类中永远只有一个实体存在,而类的非静态数据成员只有被实例化的时候,他们才存在.但是类的静态数据成员一旦被声明,无论类是否被实例化,它都已存在.可以这么说,类的静态数据成员是一种特殊的全局变量.

所以a,b的大小相同.

下面我们看一个有构造函数,和析构函数的类的大小,它又是多大呢?

#include<iostream.h>class A{public :A(int a){ x=a;}void f(int x){ cout<<x<<endl;}~A(){}

private: int x; int g; };class B{public:private:int data; int data2;static int xs;};int B::xs=0;void main(){A s(10);s.f(10);cout<<"sozeof(a)"<<sizeof(A)<<endl;cout<<"sizeof(b)"<<sizeof(B)<<endl;}程序执行输出结果为:

10 ,

sizeof(a) 8

sizeof(b) 8

它们的结果均相同,可以看出类的大小与它当中的构造函数,析构函数,以及其他的成员函数无关,只与它当中的成员数据有关.

从以上的几个例子不难发现类的大小:

1.为类的非静态成员数据的类型大小之和.

2.有编译器额外加入的成员变量的大小,用来支持语言的某些特性(如:指向虚函数的指针).

3.为了优化存取效率,进行的边缘调整.

4 与类中的构造函数,析构函数以及其他的成员函数无关.

虚继承之单继承的内存布局

先看一段代码class A{ virtual aa(){};};

class B : public virtual A{ char j[3]; //加入一个变量是为了看清楚class中的vfptr放在什么位置 public: virtual bb(){};};class C : public virtual B{char i[3]; public: virtual cc(){};};

这次先不给结果,先分析一下,也好加强一下印象。1、对于class A,由于只有一个虚函数,那么必须得有一个对应的虚函数表,来记录对应的函数入口地址。同时在class A的内存空间中之需要有个vfptr_A指向该表。sizeof(A)也很容易确定,为4。2、对于class B,由于class B虚基础了class A,同时还拥有自己的虚函数。那么class B中首先拥有一个vfptr_B,指向自己的虚函数表。还有char j[3],做一次alignment,一般大小为4。可虚继承该如何实现咧?首先要通过加入一个虚l类指针(记vbptr_B_A)来指向其父类,然后还要包含父类的所有内容。有些复杂了,不过还不难想象。sizeof(B)= 4+4+4+4=16(vfptr_B、char j[3]做alignment、vbptr_B_A和class A)。3、在接着是class C了。class C首先也得有个vfptr_C,然后是char i[3],然后是vbptr_C_B,然后是class B,所以sizeof(C)=4+4+4+16=28(vfptr_C、char i[3]做alignment、vbptr_C_A和class B)。

在VC 6.0下写了个程序,把上面几个类的大小打印出来,果然结果为4、16、28。

VC中虚继承的内存布局——单继承画了个图,简单表示一下我跟踪后的结果

虚基础之单继承时的内存布局图

class A的情况太简单,没问题。从class B的内存布局图可以得出下面的结论。1、vf_ptr B放在了类的首部,那么如果要想直接拿memcpy完成类的复制是很危险的,用struct也是不行的。

2、vbtbl_ptr_B,为什么不是先前我描述的vbptr_B_A呢?因为这个指针与我先前猜测的内容有很大区别。这个指针指向的是class B的虚类表。看看VB table,VB table有两项,第一项为FFFFFFFC,这一项的值可能没啥意义,可能是为了保证虚类表不为空吧。第二项为8,看起来像是class B中的class A相对该vbtbl_ptr_B的位移,也就是一个offset。类似的方法在C++ Object Model(P121)有介绍,可以去看看。class C的内存布局就比较复杂了,不过它的内存布局也更一步说明我对vbtbl_ptr_B中的内容,也就是虚类表的理解是正确的。不过值得关注的是class B中的class A在布局时被移到前面去了,虽然整个大小没变,但这样一来如果做这样的操作 C c; B *b;b=&c;时b的操作如何呢?此时只要从c的虚类表里获得class B的位置既可赋值给b。但是在构建class C时会复杂一些,后面的使用还是非常简单的,效率也比较高。class A的内存布局被前移可能是考虑倒C的虚继承顺序吧。

结论1、VC在编译时会把vfptr放到类的头部;2、VC采用虚表指针(vbtbl_ptr)来确定某个类所继承的虚类。3、VC会重新调整虚继承的父类在子类中内存布局。(具体规则还不清楚)4、VC中虚类表中的第一项是无意义的,可能是为了保证sizeof(虚类表)!=0;后面的内容为父类在子类中相对该虚类表指针的偏移量。

代码

在Base类里添加了virtual int get_num()函数,而子类也重新实现了virtual int get_num()函数。

但是结果是

12

24

说明子类只是共用父类的虚函数表,因此一旦父类里有虚函数,子类的虚函数将不计入sizeof大小。

一个基类和一个派生类这个抽象的类概念里是各一张虚表。 但是在一个具体的类的实例里,比如派生类对象,其只有一个虚表入口地址,且指向派生类这个抽象的类概念的那个虚表。

责任编辑:动图┃冷库系统部件与常见故障解读