C++虚函数的一点分析与思考 - c++编程基础

简介：
以下是自己看过的书籍以及自己思考的流程和总结，主要是对C++虚函数分析了，分析并不算足够深入，但相信对理解c++的虚函数会有些帮助。现在仅仅写到了单继承下的一些皮毛，后面还要继续挖掘一下，希望自己能以淡定一点的心做好一块，不负自己。
以下内容适合了解一些C++虚函数以及对指针操作相对来说有点基础的朋友，因为里面为了验证自己的思考进行了很多指针的强转，下面的测试需要有实际的代码操作，不希望大家仅仅看结论就算完了，那很没有意思。我在本地建了一个vs工程，先从最简单的测试做起，然后一点点的加入代码.一点点的深入，代码写的比较乱，仅仅是为了自己的测试，望朋友包涵一下了。

代码如下：
Shape.h
log.h
typedef.h
main.cpp

Shape.h:
#ifndef __SHAPE__HEAD_H
#define __SHAPE__HEAD_H

#include "typedef.h"
#include "log.h"

class CShape
{
public:
CShape(){
TRACE_FUCTION_AND_LINE("");
m_color = 15;
}
~CShape(){
TRACE_FUCTION_AND_LINE("");
}
void SetColor(int colore){
TRACE_FUCTION_AND_LINE("");
m_color = colore;
}
protected:
private:
int m_color;
};

class CRect : public CShape
{
public:
CRect(){TRACE_FUCTION_AND_LINE(""); m_width = 0; m_height = 255;}
~CRect(){TRACE_FUCTION_AND_LINE("");}
void PrintMemory(){
TRACE_FUCTION_AND_LINE("this: %p", this);
int *p = (int*)this;
TRACE_FUCTION_AND_LINE("4: %d", *p);
TRACE_FUCTION_AND_LINE("4: %d", *(p+1));
TRACE_FUCTION_AND_LINE("4: %d", *(p+2));
}
protected:
private:
int m_width;
int m_height;
};
#endif

log.h:
#define TRACE_FUCTION_AND_LINE(fmt, ...) printf("[%30s:%4d] "fmt"\n",__FUNCTION__, __LINE__, ##__VA_ARGS__)

typedef.h:
仅仅是一些跨平台的宏定义，就不列出来了，针对我们的问题不起主要作用。

main.cpp:
#include
using namespace std;
#include "Shape.h"

int main()
{
CRect rect1;

TRACE_FUCTION_AND_LINE("sizeof(CShape):%d", sizeof(CShape));
TRACE_FUCTION_AND_LINE("sizeof(CRect):%d, %p", sizeof(CRect), &rect1);
rect1.PrintMemory();
rect1.SetColor(10);
rect1.PrintMemory();
return 0;
}

问题1：
派生类和基类的内存如何排布？
通过main.cpp中rect1的打印内存的操作我们可以看出，派生类占用12字节内存，分别是基类的m_color，以及自己的两个int成员。
基类占有4个字节的内存，SetColor函数本身不占用任何内存。

真理：对象所占用内存包含3个部分，非静态数据成员（自身的和父类的），vptr（后面介绍），字节对齐。
因此不要武断的说，c++占用内存比C多，其实就一个vptr的问题，字节对齐在结构体中同样会出现，字节对齐对上层来说是透明的，因此不用太过于例会。

派生类如何调用基类的非虚public函数，例如本例的SetColor？
1，对于SetColor方式，编译器会将其编译成SetColor(int colore, CShape* pShape); rect进行调用的时候采用的纯C的方式，也就没有任何多余的开销。
rect1.SetColor(color)将会被展开为 SetColor(color, &rect1); 于是rect1的地址被传入到pShape中，继而调用pShape->m_color给m_color赋值。
对于编译器来说，它只看到传过来的参数地址为&rect1, 它并不知道它的实际类型是什么，对于任何类型都将会被SetColor强转为CShape的类型，于是这就引出一个问题，编译器怎么知道实际的rect1的m_color地址偏移是多少呢？实际上它压根就不知道它是CRect类型.在SetColor这个函数指令运行的时候，它仅仅是根据传入pShape的地址，以CShape的方式偏移特定的地址（对于本例子偏移为0），然后赋值。可以判断对于子类CRect来说，也是以偏移为0的地址进行赋值的；换句话说，子类对象的内存有一块内存是父类的，而且父类的内存必须在内存块的前半部分，要不对rect1的地址偏移为0的地址赋值时，就有可能赋值到另一个数据成员上，而不是m_color。

2，如何验证此想法？
1)根据上面例子的内存打印可以看出，rect1的m_color的内存确实在地址的前半部分。
2)可以给SetColor传递一个假的CShape类型，观测其是否确实是对假的对象的前四个字节赋值？
测试代码如下：
struct FakeCRect{
int fake1;
int fake2;
int fake3;
int fake4;
}fakerect = {1,1,1,1};
TRACE_FUCTION_AND_LINE("fakerect:%d, %d, %d, %d", fakerect.fake1, fakerect.fake2, fakerect.fake3, fakerect.fake4);
CRect* pfakerect = (CRect*)&fakerect;
pfakerect->SetColor(20);
TRACE_FUCTION_AND_LINE("fakerect:%d, %d, %d, %d", fakerect.fake1, fakerect.fake2, fakerect.fake3, fakerect.fake4);

打印结果如下：
main: 23] fakerect:1, 1, 1, 1
main: 26] fakerect:20, 1, 1, 1
可以看到确实是第一个字节变了，传入一个假的CRect类型，它依然是对其第一个int变量处理，你甚至可以传递一个char型的数组来测试都行。

3,拓展延伸，这种情况的例外。
1)上面的例子没有考虑带有虚函数的情况，现在给父类和子类分别加入一个虚函数，display方法。子类继承父类的虚函数，并重写此方法。
virtual void display(){
TRACE_FUCTION_AND_LINE("");//打印当前函数的名字和行号，便于判断是调用哪一个类的display方法。
}
这个时候可以看到，父类和子类的对象内存大小改变了，分别增加了四个字节，分别是8， 1

C++虚函数的一点分析与思考 (一)