掀起你的蓋頭來——談VC++物件模型

一個C++程式設計師，想要進一步提升技術水平的話，應該多瞭解一些語言的語意細節。對於使用VC++的程式設計師來說，還應該瞭解一些VC++對於C++的詮釋。Inside the C++ Object Model雖然是一本好書，然而，書的篇幅多一些，又和具體的VC++關係小一些。因此，從篇幅和內容來看，譯者認為本文是深入理解C++物件模型比較好的一個出發點。

這篇文章以前看到時就覺得很好，舊文重讀，感覺理解得更多一些了，於是產生了翻譯出來，與大家共享的想法。雖然文章不長，但時間有限，又若干次在翻譯時打盹睡著，拖拖拉拉用了小一個月。

一方面因本人水平所限，另一方面因翻譯時經常打盹，錯誤之處恐怕不少，歡迎大家批評指正。

1 前言

瞭解你所使用的程式語言究竟是如何實現的，對於C++程式設計師可能特別有意義。首先，它可以去除我們對於所使用語言的神祕感，使我們不至於對於編譯器乾的活感到完全不可思議；尤其重要的是，它使我們在Debug和使用語言高階特性的時候，有更多的把握。當需要提高程式碼效率的時候，這些知識也能夠很好地幫助我們。

本文著重回答這樣一些問題：
 * 類如何佈局？
 * 成員變數如何訪問？
 * 成員函式如何訪問？
 * 所謂的“調整塊”（adjuster thunk）是怎麼回事？
 * 使用如下機制時，開銷如何：
 * 單繼承、多重繼承、虛繼承
 * 虛擬函式呼叫
 * 強制轉換到基類，或者強制轉換到虛基類
 * 異常處理
首先，我們順次考察C相容的結構（struct）的佈局，單繼承，多重繼承，以及虛繼承；

接著，我們講成員變數和成員函式的訪問，當然，這裡麵包含虛擬函式的情況；
再接下來，我們考察建構函式，解構函式，以及特殊的賦值操作符成員函式是如何工作的，陣列是如何動態構造和銷燬的；
最後，簡單地介紹對異常處理的支援。

對每個語言特性，我們將簡要介紹該特性背後的動機，該特性自身的語意（當然，本文決不是“C++入門”，大家對此要有充分認識），以及該特性在微軟的VC++中是如何實現的。這裡要注意區分抽象的C++語言語意與其特定實現。微軟之外的其他C++廠商可能提供一個完全不同的實現，我們偶爾也會將VC++的實現與其他實現進行比較。

2 類佈局

本節討論不同的繼承方式造成的不同記憶體佈局。

2.1 C結構（struct）

由於C++基於C，所以C++也“基本上”相容C。特別地，C++規範在“結構”上使用了和C相同的，簡單的記憶體佈局原則：成員變數按其被宣告的順序排列，按具體實現所規定的對齊原則在記憶體地址上對齊。所有的C/C++廠商都保證他們的C/C++編譯器對於有效的C結構採用完全相同的佈局。這裡，A是一個簡單的C結構，其成員佈局和對齊方式都一目瞭然。


struct A {
char c;
int i;
};

譯者注：從上圖可見，A在記憶體中佔有8個位元組，按照宣告成員的順序，前4個位元組包含一個字元（實際佔用1個位元組，3個位元組空著，補對齊），後4個位元組包含一個整數。A的指標就指向字元開始位元組處。


2.2 有C++特徵的C結構


當然了，C++不是複雜的C，C++本質上是物件導向的語言：包含繼承、封裝，以及多型。原始的C結構經過改造，成了物件導向世界的基石——類。除了成員變數外，C++類還可以封裝成員函式和其他東西。然而，有趣的是，除非為了實現虛擬函式和虛繼承引入的隱藏成員變數外，C++類例項的大小完全取決於一個類及其基類的成員變數！成員函式基本上不影響類例項的大小。

這裡提供的B是一個C結構，然而，該結構有一些C++特徵：控制成員可見性的“public/protected/private”關鍵字、成員函式、靜態成員，以及巢狀的型別宣告。雖然看著琳琅滿目，實際上只有成員變數才佔用類例項的空間。要注意的是，C++標準委員會不限制由“public/protected/private”關鍵字分開的各段在實現時的先後順序，因此，不同的編譯器實現的記憶體佈局可能並不相同。（在VC++中，成員變數總是按照宣告時的順序排列）。

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