[讀書筆記] 深入探索C++物件模型-第三章 Data語意學（中）__C++

繼續整理第三章的內容（以下部分圖片來自於原書）：

1. 在只有繼承沒有多態的情況下，子類是的內容就是父類加上子類特有的資料成員，例如，對於如下兩個類，Point2d和Point3d，後者公有繼承自前者，此時的資料布局如下所示：

在某些情況下，把一個類分解成多層，可能會導致類所佔用空間的膨脹，例如，如下類，算上對齊操作大小為8 （4 + 1 + 1+1 +(1對齊)）：

而如果相同的資料（val，c1，c2，c3），被分散的放入繼承體系之中，現在一個包含所有這些資料的類Concrete3的大小就膨脹到了16，這是因為上面的無繼承的類設計中，只有一個位元組被用來對齊，而此種繼承體系之下，有9個位元組被用來對齊：

這時的類的布局如下：

為什麼不把Concrete2和Concrete3的資料填補到Concrete1用於對齊的空間中呢。原因時，在此種情況下，當發生Concrete1的複製操作時，會破壞Concrete2的內容：

2. 加入多態時的情況，例如，街上上述的例子，對於Point2d，現在加入幾個虛函數，用以支援多態特性：

此時會帶來額外的空間以及存取時間上的額外負擔：

a. 虛函數表會被產生出來（virtual table）。

b. 每一個類對象中會加入一個指向上述虛表的指標（vptr）。

c. 加強建構函式，使之可以為vptr設定初值。

d. 加強解構函式，使之可以清除指向虛函數表的vptr。

此時的類的記憶體布局會增加一個指向虛表的指標（該指標可能放在頭部也可能放在尾部）：

3. 多種繼承的情況，在單繼承中，可以看到，基類和子類的對象都是從相同的地址開始的，差異只是子類比較大，例如以下操作，

P3d p3d; P2d* p = &p3d;

以基類指標指向子類指標並不需要修改地址，多重繼承則不一樣，因為第二個乃至後面的基類起始地址與對應基類的地址並不一樣，例如對於如下繼承體系以及對應的記憶體布局：

從上圖看以看出，最左端基類（P2d和P3d）的起始地址和子類V3d是一樣的，而之後的基類Vertex則和子類不一致，因此，對於如下對象和指標：

Vertex3d v3d;Vertex* pv;Point2d* p2d;Point3d* p3d;

如下的賦值操作：pv = v3d; 需要內部轉化為：pv = (Vertex*)(((char*)&v3d) + sizeof(Point3d));即需要位移才可以指向子類中對應的該基類的部分，而對於如下賦值：p2d = &v3d;p3d = &v3d; 則不需要任何調整。

如果要存取第二個或者後繼基類中的一個資料成員，並不需要額外負擔，因為資料成員的位置在編譯時間期就固定了，因此存取只是一個簡答的位移（offset）運算，並不需要額外成本。

4. 虛擬繼承的情況，考慮如下繼承體系，Vertex和Point3d虛擬繼承自Point2d，Vertex3d共有繼承(非虛繼承)自Vertex和Point3d

a. 此時必須有在子類對象中安插指標指向虛基類，一種可能的布局如下，子類需要維護指向虛基類地址的指標，此種策略下，對於Point3d運算子：

void Point3d::operator+=(const Point3d& rhs){    _x += rhs._x;    _y += rhs._y;    _z += rhs._z;};

會內部轉化為：

pPoint2d->_x += rhs.pPoint2d->_x;pPoint2d->_y += rhs.pPoint2d->_y;_z += rhs._z;

而對於一個子類和基類的轉換：

Point2d* p2d = pv3d; //Vertex3d* pv3d

會被轉化為（必須判斷pv3d是否為空白，否則可能導致不正確的賦值）：

Point2d* p2d = pv3d ? pv3d->pPoint2d : 0;

b. 另一種策略是將虛基類的位移量（而不是地址）存入虛表中（以下例子中，虛表中的正值索引會索引到虛函數地址，負值索引會索引到虛基類位移量），也就是與虛函數放到一個表中，針對上例，此種策略下可能的布局如下，此種策略下，上述+=運算子會被轉化為：

(this + __vptr__Point3d[-1])->_x += (rhs + rhs.__vptr__Point3d[-1])->_x;(this + __vptr__Point3d[-1])->_y += (rhs + rhs.__vptr__Point3d[-1])->_y;_z += rhs._z;

對於

Point2d* p2d  = pv3d;

會轉化為：

Point2d* p2d  = pv3d 。 pv3d + pv3d->__vptr__Point3d[-1] ： 0；

由於虛擬繼承的存在帶來了額外的負擔以及高度的複雜性，所以，一般而言，“虛基類的最有效運用形式就是：一個抽象的虛基類，沒有任何資料成員。”