深入解析C++ Data Member記憶體布局

如果一個類只定義了類名，沒定義任何方法和欄位，如class A{};那麼class A的每個執行個體佔用1個位元組的記憶體，編譯器會會在這個其執行個體中安插一個char，以保證每個A執行個體在記憶體中有唯一的地址，如A a,b;&a!=&b。如果一個直接或是間接的繼承（不是虛繼承）了多個類，如果這個類及其父類像A一樣沒有方法沒有欄位，那麼這個類的 每個執行個體的大小都是1位元組，如果有虛繼承，那就不是1位元組了，每虛繼承一個類，這個類的執行個體就會多一個指向被虛繼承父類的指標。還有一點值得說明的就是像 A這樣的類，編譯器不一定會產生傳說中的那6個方法，這些方法只會在需要的時候產生，如class  A沒有被任何地方使用那這些方法編譯器就沒有必要產生，如果這個類執行個體化了，那麼會產生default constructor，而destructor則不一定產生。

如果一個類中有static data member，nonstatic data member，還有const data member，enum，那麼它的記憶體布局會是什麼樣的呢，看下面簡單的類Point：

複製代碼 代碼如下:
class Point
{
public:
    Point():maxCount(10){}
private:
    int X;
    static int count;
    int Y;
    const int maxCount ;
    enum{
        minCount=2
    };
};

Sizeof(Point)=12, 為什麼佔12位元組呢，我相信很多人都知道是哪幾個成員變數佔用的，就是X,Y,maxCount,maxCount作為常量欄位，但在Point的每個實 例中可能有不同的值，當然屬於Point執行個體的一部分，如果把maxCount定義成static，那它就不不是Point執行個體的一部分了，如果定義成 static  const int maxCount=1;則maxCount分配在.data段中，如果沒有初始化則分配在.bss段中，反正跟Point的執行個體無關，count分配 在.bss段中，minCount分配在.rdata段中，總之count，maxCount，minCount在編譯串連完成之後，記憶體（虛擬位址）就 分配好了，在程式載入的時候，會把他們的虛擬位址對應上實際的物理地址。

Data member的記憶體布局：nonstatic data member在class object中的順序和其申明的順序一樣，static data  member和const member不在class object中因為他們只有一份，被class object共用，所以static data member和const data member，枚舉並不會響應class object的大小。關於段的資訊，我覺得是每個C/C++程式員必須知道的。而Point每次執行個體化的時候則只需要分配X，Y，maxCount需要的 記憶體。

每個類的data member在記憶體中應該是連續的，如果出現資料對齊的情況，可能中間會有空白地帶。請看下面幾個類：

複製代碼 代碼如下:
class AA
{
protected:
    int X;
    char a;
};

class BB:public AA
{
protected:
    char b;
};

class CC:public BB
{
protected:
    char c;
};

Sizeof(AA)=8//對齊3位元組
Sizeof(BB)=12//兩個3位元組對齊
Sizeof(CC)=16//編譯器“無恥”的用了3個3位元組對齊



編 譯器為什麼要無恥的在class CC中加3個3位元組對齊呢，這樣每個CC的執行個體就大了9位元組。如果編譯器不加這9位元組的空白，那麼CC的每個執行個體就是8位元組，前面的X佔4位元組，後面的 a,b,c佔3位元組，加1位元組的空白對齊，剛好8位元組，沒有誰很傻很天真的以為最好是佔7位元組吧。

如果CC佔用8位元組記憶體，同樣的AA，BB都是8位元組的記憶體，這樣的話，如果把一個指向AA執行個體的指標賦給一個指向CC執行個體的指標，那麼就會把AA中的8位元組直接蓋到CC的8位元組上，結果CC執行個體中的b，c都被賦上了不是我們想要的值，這很可能會導致你的程式出問題。

父類的data member會在子類的執行個體中有完整的一份，這樣在有繼承關係的類之間進行類型轉換，就只用簡單的修改指標的指向。

Data Member的存取。對一個data member的存取，編譯器把對象執行個體的起始地址加上data member的位移量。如CC c;

c.X=1;相當於&c+(&CC::X-1),減一其實是為了區分是指向object的指標還是指向data member的指標，指向data member的要減一。每一個data member的位移量在編譯的時候是知道的，根據成員變數的類型和記憶體對齊，存在virtual繼承或是虛方法的情況編譯器會自動加上一些輔助的指標，如 指向虛方法的指標，指向虛繼承父類的指標等。

在data member的存取效率上，struct member 、class member、單一繼承或是多重繼承的情況下效率都是一樣的，因為他們的儲存其實都是&obj+(&class.datamember- 1)。在虛繼承的情況下，可能會影響儲存效能，如通過一個指標來存取一個指向虛繼承而來的data member，那麼效能會有影響，因為在虛繼承的時候，在編譯的時候還不能確定這個data member是來自子類還是父類，只有在啟動並執行時候才能推斷出來，其實就是多了一步指標的操作，在虛繼承中，如果是通過對象執行個體來操作虛繼承而來的 data member，則不會有任何效能問題，因為不存在什麼多態性，所有東西在編譯的時候記憶體位址都確定了。

虛繼承還是虛方法為了實現多態一樣，多了一步，如果不需要多態，而是通過對象執行個體調用相關的方法就不會有效能問題。