深入理解C++的对象模型

什么是C++的对象模型？

C++是一种面向对象的编程语言，对象模型是C++类的组织方式，通过对象模型，C++实现了封装、继承和多态等面向对象的特性。

在C++中，每个对象都包含一个虚函数表指针，这个指针指向一个虚函数表，其中存储着该类对象的虚函数的地址。而类中的非静态数据成员则按照其声明的顺序依次排列在对象内存中。

C++的内存布局

C++对象的内存布局分为三部分：对象头、虚函数表和成员数据。

对象头是一个指针大小的区域，用于存储对象的信息，包括类型信息、调试信息、锁等等。虚函数表是一个指针数组，用于存储动态绑定的虚函数地址。成员数据则紧密排列在对象内存中。

成员函数

C++中类的成员函数分为静态成员函数和非静态成员函数。

非静态成员函数在编译期就会产生函数代码，并且每个对象都会有一份该函数的拷贝。因此，非静态成员函数的调用会涉及到函数指针的查找，导致一定的时间和空间开销。

静态成员函数则不会为每个对象产生一份拷贝，并且在编译期就可以确定函数地址，调用时效率更高。

示例一

#include <iostream>

using namespace std;

class Test {
public:
    Test() { cout << "Test()" << endl; }
    ~Test() { cout << "~Test()" << endl; }
    void func() { cout << "func()" << endl; }
    static void staticFunc() { cout << "staticFunc()" << endl; }
};

int main() {
    // 创建Test类实例
    Test t;

    // 调用非静态成员函数
    t.func();

    // 调用静态成员函数
    Test::staticFunc();

    return 0;
}

上述示例展示了如何创建Test类的实例并调用非静态和静态成员函数。

示例二

#include <iostream>

using namespace std;

class A {
public:
    virtual void func() { cout << "A::func()" << endl; }
};

class B : public A {
public:
    virtual void func() { cout << "B::func()" << endl; }
};

class C : public B {
public:
    virtual void func() { cout << "C::func()" << endl; }
};

int main() {
    A* p;

    // 创建C类实例并赋值给A指针
    p = new C();

    // 调用虚函数
    p->func();

    // 释放内存
    delete p;

    return 0;
}

上述示例展示了如何创建继承自A、B、C的三个类，并利用动态绑定的方式来调用虚函数。这里需要注意的是，调用虚函数时，需要通过对象的虚函数表找到相应的函数地址，因此会涉及到一定的时间和空间开销。