浅谈虚函数表与字节对齐

2016-06-06  本文已影响70人  舌尖上的搬砖汉

一、虚函数的工作原理

虚函数的实现要求对象携带额外的信息,这些信息用于在运行时确定该对象应该调用哪一个虚函数。典型情况下,这一信息具有一种被称为

vptr(virtual table pointer,虚函数表指针)的指针的形式。vptr 指向一个被称为 vtbl(virtual

table,虚函数表)的函数指针数组,每一个包含虚函数的类都关联到

vtbl。当一个对象调用了虚函数,实际的被调用函数通过下面的步骤确定:找到对象的

vptr 指向的 vtbl,然后在 vtbl 中寻找合适的函数指针。

虚拟函数的地址翻译取决于对象的内存地址,而不取决于数据类型(编译器对函数调用的合法性检查取决于数据类型)。如果类定义了虚函数,该类及其派生类就要

生成一张虚拟函数表,即vtable。而在类的对象地址空间中存储一个该虚表的入口,占4个字节,这个入口地址是在构造对象时由编译器写入的。所以,由于

对象的内存空间包含了虚表入口,编译器能够由这个入口找到恰当的虚函数,这个函数的地址不再由数据类型决定了。故对于一个父类的对象指针,调用虚拟函数,

如果给他赋父类对象的指针,那么他就调用父类中的函数,如果给他赋子类对象的指针,他就调用子类中的函数(取决于对象的内存地址)。

二、(虚)继承类的内存占用大小

首先,平时所声明的类只是一种类型定义,它本身是没有大小可言的。 因此,如果用sizeof运算符对一个类型名操作,那得到的是具有该类型实体的大小。

计算一个类对象的大小时的规律:

1、空类、单一继承的空类、多重继承的空类所占空间大小为:1(字节,下同);

2、一个类中,虚函数本身、成员函数(包括静态与非静态)和静态数据成员都是不占用类对象的存储空间的;

3、因此一个对象的大小≥所有非静态成员大小的总和;

4、当类中声明了虚函数(不管是1个还是多个),那么在实例化对象时,编译器会自动在对象里安插一个指针vPtr指向虚函数表VTable;

5、虚承继的情况:由于涉及到虚函数表和虚基表,会同时增加一个(多重虚继承下对应多个)vfPtr指针指向虚函数表vfTable和一个vbPtr指针指向虚基表vbTable,这两者所占的空间大小为:8(或8乘以多继承时父类的个数);

6、在考虑以上内容所占空间的大小时,还要注意编译器下的“补齐”padding的影响,即编译器会插入多余的字节补齐;

7、类对象的大小=各非静态数据成员(包括父类的非静态数据成员但都不包括所有的成员函数)的总和+ vfptr指针(多继承下可能不止一个)+vbptr指针(多继承下可能不止一个)+编译器额外增加的字节。

三,字节对齐


写出一个含有数据成员的类,然后sizeof  ,sizeof的结果总要比数据成员的总长度大,这就是因为字节对齐。

我们知道在一个没有虚函数的类中,其对象大小就是其数据成员的长度,当我们sizeof这个类的对象的时候,其值往往比我们凄婉的要大,比如,我们有一个类拥有一个int 和一个char类型的数据成员

class{

int no;

char key;

}

然后sizeof这个类的对象,我们会发现结果是8而不是我们想的5.这就是因为字节对齐。对齐和不对齐,是在时间和空间上的一个权衡。为了提高效率,计算机从内存中取数据是按照一个固定长度的。以32位机为例,它每次取32个位,也就是4个字节(每字节8个位,计算机基础知识,别说不知道)。字节对齐有什么好处?以int型数据为例,如果它在内存中存放的位置按4字节对齐,也就是说1个int的数据全部落在计算机一次取数的区间内,那么只需要取一次就可以了。这样效率就得到了提高。

推荐文章:http://www.tuicool.com/articles/Jrq6bai (对象内存布局)

C语言内存字节对齐小结 - andy572633的专栏 - 博客频道 - CSDN.NET (c语言内存字节对齐)

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