C++对象模型学习

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2020年4月6日	初稿

背景

• 自从转入iOS，学习到iOS的方法调度，runTime的知识，了解了一下iOS的对象模型。
• 为了对iOS有更深入的了解，也对之前所学习的C++做一些补充，特此先学习一下C++的对象模型（说来也惭愧，windows开发一年半，没有看到C++对象模型相关的书或者网文）

三种对象模型

简单对象模型

• 所有的成员变量、成员函数都作为对象在内存中的一部分
• 简单、粗暴
• 缺点：占用内存大，以生成对象个数线性递增。
  • 函数是所有对象共用，其实没有必要每个对象都记录，可以统一到某个地方。

表格驱动模型

• 区分数据成员和函数成员
• 对象只存放数据表指针和函数表指针，所以对象内存固定
  • 针对于简单对象模型，表格驱动模型把数据成员列表作为每个对象独有的内存数据，而成员函数表则作为所有对象共享的内存数据，即可以解决简单对象模型“占用内存多”的问题
• 缺点
  • 无法支持多态（确切地说，支持起来就比较复杂或者麻烦）
  • 查找数据成员时，较第一种方案多了一次寻址。而且每个对象都多了一个表格指针，内存升高了。
    • （要知道C++可是非常重视性能的，每次查找数据成员都要多一次寻址，而数据成员可能用的很多）
  • 调用成员函数时，较第一种方案多了一次寻址。
    • 同上，C++的成员函数也可能调用的很频繁

当前的C++对象模型

• 对象第一个字节(32位系统下)存储虚函数表指针(如继承树上有虚函数)
  • 虚函数一律放入虚函数表中，通过表格进行查找
  • 虚函数表的第一个slot存放type_info，用以支持RTTI
• 后续依次存放父类到子类的（非静态）数据成员变量
• 成员函数和全局函数类似，存放在代码区，不存储在对象相关内存中。
• 优点
  • 查找数据，直接根据基地址+偏移量进行查找即可
  • 支持多态较简单
  • 成员函数调用快，直接根据符号寻址即可调用。相比表格驱动模型，不必多寻址一次。

方法调度

• 虚函数调用
  • 这也是面试中的高频考点
  • 通过实际的对象指针(即this指针)，查找虚表，调用虚表中对应的函数。
  • 编译时所作工作
    • 将父类的虚函数和子类的虚函数进行逻辑判断，确定子类的虚函数表中存放的虚函数，是父类的虚函数实现，还是子类的虚函数实现
  • 运行时所作工作
    • 子类对象实际调用虚函数时，在运行时查找虚函数表，才知道调用的是哪个函数(是父类的，还是子类的)
• 普通成员函数调用
  • 和全局函数调用类似
  • 注意：成员函数名必定不会冲突。
    • 因为普通成员函数的第一个参数是this指针，即使不同的类，普通成员函数名相同，函数参数也不同。

参考资料

• 图说C++对象模型：对象内存布局详解
• 《深度探索C++对象模型》