C++ 类的内存分布

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【极客技术传送门】 : https://blog.csdn.net/Engineer_LU/article/details/135149485

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1 . 前言

之前看过一些博主写的类内存排布，这边总结起来描述C++类在继承，虚函数，多继承，虚继承体现的内存排布，本文将直观简洁呈现出来

2 . 无继承，无虚函数

类代码，内存排布，如下所示 :

class Obj_A
{
private:
    char a;
    static int b;

public:
    int c;
    void func() {

    }
};

小结 ：无继承，无虚函数的情况下
1 . 静态成员编译分布在静态区，因此静态变量b不占用类内存
2 . 成员函数编译分布在代码区，因此成员函数func()不占用类内存
3 . 类的内存排布自顶而下分布，内存对齐按照系统平台编译而定，图中32位系统，因此内存对齐按4字节

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3 . 无继承，有虚函数

类代码，内存排布，如下所示 :

class Obj_A
{
private:
    char a;
    static int b;

public:
    int c;
    void func() {

    }
     virtual void func1() {

    }
};

小结 ：无继承，有虚函数的情况下
1 . 只要类中有虚函数，编译就会生成一个 vfptr虚指针 指向虚表vftable , 其中 vfptr虚指针 根据平台所占，32位平台占用四字节

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4 . 单一继承，无虚函数

类代码，内存排布，如下所示 :

class Obj_A
{
private:
    char a;
    static int b;

public:
    int c;
    void func() {

    }
};

class Obj_B : public Obj_A
{

private:
    char a;

public:
    int b;

};

小结 ：单一继承，无虚函数的情况下
1 . 继承 Obj_A 的内存，并且追加 Obj_B 新增的内存

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5 . 单一继承，有虚函数，虚析构

1. 子类不重写的情况，如下所示 :

class Obj_A
{
private:
    char a;
    static int b;

public:
    int c;
    virtual void func() {

    }
};

class Obj_B : public Obj_A
{
private:
    char a;

public:
    int b;
};

2. 子类重写的情况，如下所示 :

class Obj_A
{
private:
    char a;
    static int b;

public:
    int c;
    virtual void func() {

    }
};

class Obj_B : public Obj_A
{
private:
    char a;

public:
    int b;
    virtual void func() {

    }
};

小结 ：单一继承，有虚函数的情况下，并且讲解为什么加虚析构
1 . 子类对应虚函数重写的情况下，子类的虚表中将覆盖父类虚函数
2 . 在多态中，当通过父类指针删除子类对象时，那么释放时是希望子类父类一起释放的，因此父类的析构设为虚函数，当父类调用时，执行的是子类的析构，这样父类就会跟着一起析构

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6 . 多重继承

类代码，内存排布，如下所示 :

class Obj_A
{
    virtual ~Obj_A();
private:
    int a;

public:
    virtual void func() {

    }
};

class Obj_B
{
    virtual ~Obj_B();
private:
    int a;

public:
    void func() {

    }
};

class Obj_C : public Obj_A, public Obj_B
{

    virtual ~Obj_C();
private:
    char a;

public:
    int b;

};

小结 ：多继承，有虚函数的情况下
1 . 子类会按顺序继承父类的内存模型
2 . 有虚函数的情况下多重继承，子类会对this指针进行偏移，如图中子类继承父类Obj_A虚表偏移值为0，而子类继承父类Obj_B虚表偏移值为-8，通过this指针偏移，子类Obj_C就可以根据继承的ObjA，ObjB虚表中相对this指针偏移，从而找到继承Obj_B的虚表，以上的-8并不是固定值，取决于Obj_A内存有多大，如Obj_A占内存24，则偏移-24

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7 . 菱形继承

类代码，内存排布，如下所示 :

class Obj_A
{
    virtual ~Obj_A();
private:
    int a;

public:
    virtual void func() {

    }
};


class Obj_B : public Obj_A
{
    virtual ~Obj_B();
private:
    int a;

public:
    virtual void func() {

    }
};

class Obj_C : public Obj_A
{
    virtual ~Obj_C();
private:
    int a;

public:
    virtual void func() {

    }
};


class Obj_D : public Obj_B, public Obj_C
{

    virtual ~Obj_D();
private:
    int a;

public:
    int b;
    void func() {

    }

};

小结 ：菱形继承，有虚函数的情况下
1 . 依然按照常规继承关系执行，只是由于Obj_B与Obj_C都继承了Obj_A，而Obj_D多重继承B与C，因此Obj_D内存模型中可以看到继承了两个Obj_A，内存按顺序排布

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8 . 虚拟继承

类代码，内存排布，如下所示 :

class Obj_A
{
    virtual ~Obj_A();
private:
    int a;

public:
    virtual void func() {

    }
};


class Obj_B : virtual public Obj_A
{
    virtual ~Obj_B();
private:
    int a;

public:
    virtual void func() {

    }
};

class Obj_C : virtual public Obj_A
{
    virtual ~Obj_C();
private:
    int a;

public:
    virtual void func() {

    }
};


class Obj_D : public Obj_B, public Obj_C
{

    virtual ~Obj_D();
private:
    int a;

public:
    int b;
    void func() {

    }

};

小结 ：虚拟继承情况下
1 . 将子类的内存放内存最前面，后面再放父类的内存，与常规内存继承反过来
2 . 产生两个虚指针，分别指向自身虚表与父类虚表
3 . 由于虚继承的父类内存模型放最后，所以前面有虚继承时，当后面有多重继承，会先把多继承的内存模型放前面，最后才放虚继承的父类，这样的好处就是不需要重复继承父类

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9 . 总结

上面最后有几种情况没提到区分虚函数情况，是因为前面已经总结出有无虚函数主要体现在虚指针与虚表，所以后面直接以带虚函数来总结，全文总结了以下七种内存模型情况 ：

无继承，无虚函数 的情况下 ：
1 . 静态成员编译分布在静态区，因此静态变量b不占用类内存
2 . 成员函数编译分布在代码区，因此成员函数func()不占用类内存
3 . 类的内存排布自顶而下分布，内存对齐按照系统平台编译而定，图中32位系统，因此内存对齐按4字节

无继承，有虚函数 的情况下
1 . 只要类中有虚函数，编译就会生成一个 vfptr虚指针 指向虚表vftable , 其中 vfptr虚指针 根据平台所占，32位平台占用四字节

单一继承，无虚函数 的情况下
1 . 继承 Obj_A 的内存，并且追加 Obj_B 新增的内存

单一继承，有虚函数 的情况下，并且讲解为什么加虚析构
1 . 子类对应虚函数重写的情况下，子类的虚表中将覆盖父类虚函数
2 . 在多态中，当通过父类指针删除子类对象时，那么释放时是希望子类父类一起释放的，因此父类的析构设为虚函数，当父类调用时，执行的是子类的析构，这样父类就会跟着一起析构

多继承 的情况下
1 . 子类会按顺序继承父类的内存模型
2 . 有虚函数的情况下多重继承，子类会对this指针进行偏移，如图中子类继承父类Obj_A虚表偏移值为0，而子类继承父类Obj_B虚表偏移值为-8，通过this指针偏移，子类Obj_C就可以根据继承的ObjA，ObjB虚表中相对this指针偏移，从而找到继承Obj_B的虚表，以上的-8并不是固定值，取决于Obj_A内存有多大，如Obj_A占内存24，则偏移-24

菱形继承 的情况下
1 . 依然按照常规继承关系执行，只是由于Obj_B与Obj_C都继承了Obj_A，而Obj_D多重继承B与C，因此Obj_D内存模型中可以看到继承了两个Obj_A，内存按顺序排布

虚拟继承 情况下
1 . 将子类的内存放内存最前面，后面再放父类的内存，与常规内存继承反过来
2 . 产生两个虚指针，分别指向自身虚表与父类虚表
3 . 由于虚继承的父类内存模型放最后，所以前面有虚继承时，当后面有多重继承，会先把多继承的内存模型放前面，最后才放虚继承的父类，这样的好处就是不需要重复继承父类

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