內(nèi)存模型描述的是程序中各變量（實例域、靜態(tài)域和數(shù)組元素）之間的關(guān)系，以及在實際計算機系統(tǒng)中將變量存儲到內(nèi)存和從內(nèi)存取出變量這樣的低層細節(jié).不同平臺間的處理器架構(gòu)將直接影響內(nèi)存模型的結(jié)構(gòu).

首先介紹一下C++中有繼承關(guān)系的類對象內(nèi)存的布局：

在C++中，如果類中有虛函數(shù)，那么它就會有一個虛函數(shù)表的指針__vfptr，在類對象最開始的內(nèi)存數(shù)據(jù)中。之后是類中的成員變量的內(nèi)存數(shù)據(jù)。

對于子類，最開始的內(nèi)存數(shù)據(jù)記錄著父類對象的拷貝（包括父類虛函數(shù)表指針和成員變量）。之后是子類自己的成員變量數(shù)據(jù)。

對于子類的子類，也是同樣的原理。但是無論繼承了多少個子類，對象中始終只有一個虛函數(shù)表指針。

為了探討C++類對象的內(nèi)存布局，先來寫幾個類和函數(shù)

首先寫一個基類：

class Base   
{   
public:   
virtual void f() { cout << "Base::f" << endl; }   
virtual void g() { cout << "Base::g" << endl; }   
virtual void h() { cout << "Base::h" << endl; }   
int base;   
protected:   
private:   
};  

然后，我們多種不同的繼承情況來研究子類的內(nèi)存對象結(jié)構(gòu)。

1. 無虛函數(shù)集繼承

//子類1，無虛函數(shù)重載   
class Child1 : public Base   
{   
public:   
virtual void f1() { cout << "Child1::f1" << endl; }   
virtual void g1() { cout << "Child1::g1" << endl; }   
virtual void h1() { cout << "Child1::h1" << endl; }   
int child1;   
protected:   
private:   
};   

這個子類Child1沒有繼承任何一個基類的虛函數(shù)，因此它的虛函數(shù)表如下圖：

我們可以看出，子類的虛函數(shù)表中，先存放基類的虛函數(shù)，在存放子類自己的虛函數(shù)。

2. 有一個虛函數(shù)繼承

//子類2，有1個虛函數(shù)重載   
class Child2 : public Base   
{   
public:   
virtual void f() { cout << "Child2::f" << endl; }   
virtual void g2() { cout << "Child2::g2" << endl; }   
virtual void h2() { cout << "Child2::h2" << endl; }   
int child2;   
protected:   
private:   
};  

當子類重載了父類的虛函數(shù)，則編譯器會將子類虛函數(shù)表中對應的父類的虛函數(shù)替換成子類的函數(shù)。

3. 全部虛函數(shù)都繼承

//子類3，全部虛函數(shù)重載   
class Child3 : public Base   
{   
public:   
virtual void f() { cout << "Child3::f" << endl; }   
virtual void g() { cout << "Child3::g" << endl; }   
virtual void h() { cout << "Child3::h" << endl; }   
protected:   
int x;   
private:   
};  

#p#

4. 多重繼承

多重繼承，即類有多個父類，這種情況下的子類的內(nèi)存結(jié)構(gòu)和單一繼承有所不同。

我們可以看到，當子類繼承了多個父類，那么子類的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是這樣的：

子類的內(nèi)存中，順序

5. 菱形繼承

6. 單一虛擬繼承

虛擬繼承的子類的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，和普通繼承完全不同。虛擬繼承的子類，有單獨的虛函數(shù)表， 另外也單獨保存一份父類的虛函數(shù)表，兩部分之間用一個四個字節(jié)的0x00000000來作為分界。子類的內(nèi)存中，首先是自己的虛函數(shù)表，然后是子類的數(shù)據(jù)成員，然后是0x0，之后就是父類的虛函數(shù)表，之后是父類的數(shù)據(jù)成員。

如果子類沒有自己的虛函數(shù)，那么子類就不會有虛函數(shù)表，但是子類數(shù)據(jù)和父類數(shù)據(jù)之間，還是需要0x0來間隔。
因此，在虛擬繼承中，子類和父類的數(shù)據(jù)，是完全間隔的，先存放子類自己的虛函數(shù)表和數(shù)據(jù)，中間以0x分界，最后保存父類的虛函數(shù)和數(shù)據(jù)。如果子類重載了父類的虛函數(shù)，那么則將子類內(nèi)存中父類虛函數(shù)表的相應函數(shù)替換。

7. 菱形虛擬繼承

結(jié)論：

(1) 對于基類，如果有虛函數(shù)，那么先存放虛函數(shù)表指針，然后存放自己的數(shù)據(jù)成員；如果沒有虛函數(shù)，那么直接存放數(shù)據(jù)成員。

(2) 對于單一繼承的類對象，先存放父類的數(shù)據(jù)拷貝(包括虛函數(shù)表指針)，然后是本類的數(shù)據(jù)。

(3) 虛函數(shù)表中，先存放父類的虛函數(shù)，再存放子類的虛函數(shù)

(4) 如果重載了父類的某些虛函數(shù)，那么新的虛函數(shù)將虛函數(shù)表中父類的這些虛函數(shù)覆蓋。

(5) 對于多重繼承，先存放第一個父類的數(shù)據(jù)拷貝，在存放第二個父類的數(shù)據(jù)拷貝，一次類推，最后存放自己的數(shù)據(jù)成員。其中每一個父類拷貝都包含一個虛函數(shù)表指針。如果子類重載了某個父類的某個虛函數(shù)，那么該將該父類虛函數(shù)表的函數(shù)覆蓋。另外，子類自己的虛函數(shù)，存儲于第一個父類的虛函數(shù)表后邊部分。

(6) 當對象的虛函數(shù)被調(diào)用是，編譯器去查詢對象的虛函數(shù)表，找到該函數(shù)，然后調(diào)用。

到這c++類對象的內(nèi)存模型就介紹完了，希望對大家有幫助。

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