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多态对象的内存结构

article 2024/11/14 3:01:03

这篇文章我们通过具体的案例来谈一谈多态的具体内存结构：

class Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Func1()" << endl;
	}
	virtual void Func2()
	{
		cout << "Func2()" << endl;
	}
	void Func3()
	{
		cout << "Func3()" << endl;
	}
private:
	int _b = 1;
};
class Derive : public Base
{
public:
	virtual void Func1()
	{
		cout << "Dereve:Func1()" << endl;
	}
	virtual void Func4()
	{
		cout << "Func4()" << endl;
	}
};
int main()
{
	Base a;
	Derive b;
	return 0;
}

我们将通过内存布局来直观展示 Base 类对象 a 和 Derive 类对象 b 在内存中的结构。由于 Base 类和 Derive 类都有虚函数，它们会各自包含一个虚指针（vptr）指向对应类的虚表。

1. Base 类的对象 `a` 的内存布局

Base a;

内存结构：

+--------------------+          
| vptr (虚指针)      |  -> 指向 Base 类的虚表
+--------------------+
| _b (private int)   |  -> 值为 1
+--------------------+

vptr 指向 Base 类的虚表。Base 类的虚表如下：

Base 类的虚表：
+----------------------------+
| &Base::Func1                |  -> 指向 Base 类的 Func1 实现
+----------------------------+
| &Base::Func2                |  -> 指向 Base 类的 Func2 实现
+----------------------------+

Func1 和 Func2 是虚函数，所以它们的函数指针存储在虚表中。
Func3 是普通成员函数，不在虚表中，它直接通过类调用，不需要虚表查找。
_b 是 Base 类的私有成员变量，值为 1，占用内存。

2. Derive 类的对象 `b` 的内存布局

Derive b;

内存结构：

+--------------------+          
| vptr (虚指针)      |  -> 指向 Derive 类的虚表
+--------------------+
| _b (继承自 Base)    |  -> 值为 1
+--------------------+

vptr 指向 Derive 类的虚表。Derive 类的虚表如下：

Derive 类的虚表：
+----------------------------+
| &Derive::Func1              |  -> 指向 Derive 类的 Func1 实现
+----------------------------+
| &Base::Func2                |  -> 指向 Base 类的 Func2 实现
+----------------------------+
| &Derive::Func4              |  -> 指向 Derive 类的 Func4 实现
+----------------------------+

Derive 类重写了 Func1，所以虚表中的 Func1 指针指向 Derive 类的 Func1 实现（Derive::Func1）。
Func2 没有被重写，因此虚表中的 Func2 仍然指向 Base::Func2。
Derive 类新增了一个虚函数 Func4，所以 Func4 的地址也被存储在虚表中。
_b 是从 Base 类继承的成员变量，值为 1。

3.总结

Base a 的内存布局：
- 包含一个虚指针（vptr），指向 Base 类的虚表。
- 包含一个私有成员变量 _b，值为 1。
Derive b 的内存布局：
- 包含一个虚指针（vptr），指向 Derive 类的虚表。
- 继承了 Base 类的私有成员变量 _b，值为 1。