这里不妨说下C++内存分布结构，我们来看看编译器是怎么处理类成员内存分布的，特别是在继承、虚函数存在的情况下。
工欲善其事，必先利其器，我们先用好Visual Studio工具，像下面这样一步一步来：
先选择左侧的C/C++->命令行，然后在其他选项这里写上/d1 reportAllClassLayout，它可以看到所有相关类的内存布局，如果写上/d1 reportSingleClassLayoutXXX（XXX为类名），则只会打出指定类XXX的内存布局。近期的VS版本都支持这样配置。
下面可以定义一个类，像下面这样：
1 class Base2 {3 int a;4 int b;5 public:6 void CommonFunction();7 };
然后编译一下，可以看到输出框里面有这样的排布：
这里不想花精力在内存对齐因素上，所以成员变量都设为int型。
从这里可以看到普通类的排布方式，成员变量依据声明的顺序进行排列（类内偏移为0开始），成员函数不占内存空间。
再看下继承，往后面添加如下代码：
1 class DerivedClass: public Base2 {3 int c;4 public:5 void DerivedCommonFunction();6 };
编译，然后看到如下的内存分布（父类的内存分布不变，这里只讨论子类成员变量的内存分布）：
可以看到子类继承了父类的成员变量，在内存排布上，先是排布了父类的成员变量，接着排布子类的成员变量，同样，成员函数不占字节。
下面给基类加上虚函数，暂时注释掉DerivedClass，看一下这时的内存排布：
1 class Base2 {3 int a;4 int b;5 public:6 void CommonFunction();7 void virtual VirtualFunction();8 };
这个内存结构图分成了两个部分，上面是内存分布，下面是虚表，我们逐个看。VS所带编译器是把虚表指针放在了内存的开始处（0地址偏移），然后再是成员变量；下面生成了虚表，紧跟在&Base1_meta后面的0表示，这张虚表对应的虚指针在内存中的分布，下面列出了虚函数，左侧的0是这个虚函数的序号，这里只有一个虚函数，所以只有一项，如果有多个虚函数，会有序号为1，为2的虚函数列出来。
编译器是在构造函数创建这个虚表指针以及虚表的。
那么编译器是如何利用虚表指针与虚表来实现多态的呢？是这样的，当创建一个含有虚函数的父类的对象时，编译器在对象构造时将虚表指针指向父类的虚函数；同样，当创建子类的对象时，编译器在构造函数里将虚表指针（子类只有一个虚表指针，它来自父类）指向子类的虚表（这个虚表里面的虚函数入口地址是子类的）。
所以，如果是调用Base *p = new Derived();生成的是子类的对象，在构造时，子类对象的虚指针指向的是子类的虚表，接着由Derived*到Base*的转换并没有改变虚表指针，所以这时候p->VirtualFunction，实际上是p->vfptr->VirtualFunction，它在构造的时候就已经指向了子类的VirtualFunction，所以调用的是子类的虚函数，这就是多态了。
下面加上子类，并在子类中添加虚函数，像下面这样：
1 class DerivedClass: public Base2 {3 int c;4 public:5 void DerivedCommonFunction();6 void virtual VirtualFunction();7 };
可以看到子类内存的排布如下：
上半部是内存分布，可以看到，虚表指针被继承了，且仍位于内存排布的起始处，下面是父类的成员变量a和b，最后是子类的成员变量c，注意虚表指针只有一个，子类并没有再生成虚表指针了；下半部的虚表情况与父类是一样的。
我们把子类换个代码，像这样：
1 class DerivedClass1 : public Base2 {3 int c;4 public:5 void DerivedCommonFunction();6 void virtual VirtualFunction2();7 };
注意到这时我们并没有覆写父类的虚方法，而是重声明了一个新的子类虚方法，内存分布如下：
还是只有一个虚表指针，但是下方虚表的内容变化了，虚表的0号是父类的VirtualFunction，而1号放的是子类的VirtualFunction2。也就是说，如果定义了DerivedClass的对象，那么在构造时，虚表指针就会指向这个虚表，以后如果调用的是VirtualFunction，那么会从父类中寻找对应的虚函数，如果调用的是VirtualFunction2，那么会从子类中寻找对应的虚函数。
我们再改造一下子类，像这样：
1 class DerivedClass1 : public Base2 {3 int c;4 public:5 void DerivedCommonFunction();6 void virtual VirtualFunction();7 void virtual VirtualFunction2();8 };
我们既覆写父类的虚函数，也有新添的虚函数，那么可以料想的到，是下面的这种内存分布：
下面来讨论多重继承，代码如下：
1 class Base 2 { 3 int a; 4 int b; 5 public: 6 void CommonFunction(); 7 void virtual VirtualFunction(); 8 }; 9 10 11 class DerivedClass1: public Base12 {13 int c;14 public:15 void DerivedCommonFunction();16 void virtual VirtualFunction();17 };18 19 class DerivedClass2 : public Base20 {21 int d;22 public:23 void DerivedCommonFunction();24 void virtual VirtualFunction();25 };26 27 class DerivedDerivedClass : public DerivedClass1, public DerivedClass228 {29 int e;30 public:31 void DerivedDerivedCommonFunction();32 void virtual VirtualFunction();33 };
内存分布从父类到子类，依次如下：
Base中有一个虚表指针，地址偏移为0
DerivedClass1继承了Base，内存排布是先父类后子类。
DerivedClass2的情况是类似于DerivedClass1的。
下面我们重点看看这个类DerivedDerivedClass，由外向内看，它并列地排布着继承而来的两个父类DerivedClass1与DerivedClass2，还有自身的成员变量e。DerivedClass1包含了它的成员变量c，以及Base，Base有一个0地址偏移的虚表指针，然后是成员变量a和b；DerivedClass2的内存排布类似于DerivedClass1，注意到DerivedClass2里面竟然也有一份Base。
这里有两份虚表了，分别针对DerivedClass1与DerivedClass2，在&DerivedDericedClass_meta下方的数字是首地址偏移量，靠下面的虚表的那个-16表示指向这个虚表的虚指针的内存偏移，这正是DerivedClass2中的{vfptr}在DerivedDerivedClass的内存偏移。
如果采用虚继承，像下面这样：
1 class DerivedClass1: virtual public Base 2 { 3 int c; 4 public: 5 void DerivedCommonFunction(); 6 void virtual VirtualFunction(); 7 }; 8 9 class DerivedClass2 : virtual public Base10 {11 int d;12 public:13 void DerivedCommonFunction();14 void virtual VirtualFunction();15 };16 17 class DerivedDerivedClass : public DerivedClass1, public DerivedClass218 {19 int e;20 public:21 void DerivedDerivedCommonFunction();22 void virtual VirtualFunction();23 };
Base类没有变化，但往下看：
DerivedClass1就已经有变化了，原来是先排虚表指针与Base成员变量，vfptr位于0地址偏移处；但现在有两个虚表指针了，一个是vbptr，另一个是vfptr。vbptr是这个DerivedClass1对应的虚表指针，它指向DerivedClass1的虚表vbtable，另一个vfptr是虚基类表对应的虚指针，它指向vftable。
下面列出了两张虚表，第一张表是vbptr指向的表，8表示{vbptr}与{vfptr}的偏移；第二张表是vfptr指向的表，-8指明了这张表所对应的虚指针位于内存的偏移量。
DerivedClass2的内存分布类似于DerivedClass1，同样会有两个虚指针，分别指向两张虚表（第二张是虚基类表）。
下面来仔细看一下DerivedDerivedClass的内存分布，这里面有三个虚指针了，但base却只有一份。第一张虚表是内含DerivedClass1的，20表示它的虚指针{vbptr}离虚基表指针{vfptr}的距离，第二张虚表是内含DerivedClass2的，12表示它的虚指针{vbptr}离虚基表指针{vfptr}的距离，最后一张表是虚基表，-20指明了它对应的虚指针{vfptr}在内存中的偏移。
虚继承的作用是减少了对基类的重复，代价是增加了虚表指针的负担（更多的虚表指针）。
下面总结一下（当基类有虚函数时）：
这里是一个简单的内存泄漏自动检查机制。只适用于单线程情况下。工作原理就是将已经分配的内存用一个双向链表串联起来，释放内存时从链表里删除。在程序退出时，将链表中未释放的内存打印出来。同时在内存块中保存文件名和行号，用于定位内存分配地址。
001 // placement_new.cpp : Defines the entry point for the console application.
002 //
003
004 #include "stdafx.h"
005 #include <iostream>
006 #include <cassert>
007
008 #define ASSERT assert
009 char buff[1024];
010
011 using namespace std;
012
013 struct MEMORY_TAG
014 {
015 int nSize;
016 const char* szFile;
017 int nLine;
018 MEMORY_TAG* pPrev;
019 MEMORY_TAG* pNext;
020 };
021
022 MEMORY_TAG g_header = {0, 0, 0, 0, 0};
023 // 打印出所有未释放的内存
024 void DumpUnAllocatedMem()
025 {
026 for(MEMORY_TAG* pEntry = g_header.pNext; pEntry; pEntry = pEntry->pNext)
027 {
028 printf("%s(%d) : leak %d bytes ", pEntry->szFile ? pEntry->szFile : "", pEntry->nLine, pEntry->nSize);
029 }
030 }
031 // 统计已经分配的内存块数和字节数
032 int CountOfAllocatedMem(void* pnSize= NULL)
033 {
034 int nCount = 0;
035 size_t allocated = 0;
036 for(MEMORY_TAG* pEntry = g_header.pNext; pEntry; pEntry = pEntry->pNext)
037 {
038 allocated += pEntry->nSize;
039 nCount++;
040 }
041 printf("%d count, %d total ", nCount, allocated);
042 return nCount;
043 }
044
045 // 实现一个全局operator new可以有文件名和行号作为参数
046 void* operator new(size_t size, const char* pszFile, int line)
047 {
048 size_t nRealSize = size + sizeof(MEMORY_TAG);
049 MEMORY_TAG* pTag = (MEMORY_TAG*)malloc(nRealSize);
050
051 pTag->nSize = nRealSize;
052 pTag->szFile = pszFile;
053 pTag->nLine = line;
054 // 插入队列头部
055 if (g_header.pNext)
056 {
057 g_header.pNext->pPrev = pTag;
058 }
059 pTag->pNext = g_header.pNext;
060 g_header.pNext = pTag;
061 pTag->pPrev = &g_header;
062
063 return pTag + 1;
064 }
065
066 void* operator new(size_t size)
067 {
068 return (operator new(size, __FILE__, __LINE__));
069 }
070
071
072 void operator delete(void* p, const char*, int line)
073 {
074 delete p;
075 }
076
077 void operator delete(void* p)
078 {
079 MEMORY_TAG* pTag = (MEMORY_TAG*)(((char*)p)-sizeof(MEMORY_TAG));
080 // 从队列中删除
081 pTag->pPrev->pNext = pTag->pNext;
082 if (pTag->pNext)
083 {
084 pTag->pNext->pPrev = pTag->pPrev;
085 }
086 free(pTag);
087 }
088
089 class Object
090 {
091 public:
092 Object()
093 {
094 cout << "Object's contructor." << endl;
095 }
096
097 ~Object()
098 {
099 cout << "Object's destructor." << endl;
100 }
101
102 char data[1024];
103 };
104
105 #define NEW new(__FILE__, __LINE__)
106
107 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
108 {
109 ASSERT(CountOfAllocatedMem() == 0);
110 Object* pObj = new(buff) Object;
111
112 pObj->~Object();
113
114 pObj = NEW(Object);
115 ASSERT(CountOfAllocatedMem() == 1);
116
117 delete pObj;
118 ASSERT(CountOfAllocatedMem() == 0);
119
120 pObj = NEW Object;
121 ASSERT(CountOfAllocatedMem() == 1);
122 delete pObj;
123 ASSERT(CountOfAllocatedMem() == 0);
124
125 pObj = NEW Object;
126
127 char* p = new char[968];
128 ASSERT(CountOfAllocatedMem() == 2);
129
130 DumpUnAllocatedMem();
131 return 0;
132 }
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发表于 2017-6-21 23:20:43
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