前言：

        由于经常使用C++，但是又对C++内部机制不是很深入了解，所以看了一些关于C++的经典书籍，其中有《C++ Primer》、《STL源码剖析》、《Efficitive C++》、《More Efficitive C++》。《C++ Primer》特别适合刚使用C++的程序员学习，里面详细介绍了一些C++基础知识，包括流和STL容器、适配器、算法还有C++的面向对象的一些知识。这里主要介绍一些我看《深入探索C++对象模型》的一些理解。

        对于面向对象（Object Oriented）语言，我们的疑惑就很多了。究其原因，这中语言的编译器为我们（程序员）做了很多我们不知道的服务：构造函数、析构函数、虚拟函数、继承、多态.......有时候它会为我们生成一些额外的函数，又有时候它会扩张我们所写函数的内容，放进更多的操作，还有时候它会为我们的object添油加醋，放一些奇妙的东西，使我们面对sizeof的结果大惊失色。

    本书《深入探索C++对象模型》分为七章。

第1章，关于对象，提供以对象为基础的观念背景，以及由C++提供的面向对象程序设计典范。主要是对于对象模型的一个大略浏览，说明目前普及的工业产品，但没有对多重继承和虚拟继承有太靠近的观察。

第2章，构造语意学，介绍构造函数，构造函数何时被编译器合成，以及给程序带来的效率问题。

第3章，Data语意学，主要专注于各式各样的data member，详细介绍了data member的处理。

第4章，Function语意学，主要专注于各式各样的member functions，详细介绍了vitual functions。

第5章，构造、析构、拷贝语意学，讨论了如何支持class模型，也讨论了object的生命周期。

第6章，执行期语意学，检视执行期的某些对象模型行为，包括临时对象的生命机器死亡，以及对new运算符和delete运算符的支持。

第7章，在对象模型的尖端，专注于exception handling、template support、runtime type indentification。

1、什么是对象模型

（1）语言中直接支持面向对象程序设计的部分

（2）对于各种支持的底层实现机制

        C与C++的区别，C语言中是将“数据”和“处理数据的操作（函数）”分离开来的，语言本身没有支持“数据和函数”之间的关联性，但是在C++中，却提供了一种ADT，它将“数据”和“ 处理数据的操作（函数）”结合起来，加入了class关键字。

        考虑C++加上封装之后是否会产生布局成本，答案是：否！实际上，在C++中class就像C的struct的情况一样，member functions虽然含在class声明之内，却不出现在object之中，每一个non_inline member function只会诞生一个函数实体。至于每一个“拥有零个或一个定义”的inline function则会在其每一个使用者身上产生一个函数实体。这一个并未带给它任何空间或执行期的不良回应。C++在布局以及存取时间上主要的额外负担是由vitual引起，包括：vir1function机制、vitrtual base class。

2、C++对象模式

        在C++中，有两种class data member：static和nonstatic，以及三种class member functions：static、nonstatic和virtual。C++对象模型有三种：（1）简单对象模型（A Simple Object Model）

                                                                  图1 简单对象模型

        在简单模型中，members本身并不放在object之中。只有“指向member的指针”采放在object内。这么做可以避免“member有不同的类型，因而需要不同的存储空间”所招致的问题。但是这个模型并没有并运用与实际产品上，不过关于索引或solt数目的观念，倒是被运用到C++的“指向成员的指针”（Pointer-to-member）观念之中。

         表格驱动对象模型（A Table-driven Object Model）：为了对所有class的所有objects都有一致的表达方式，表格对象模型是将所有与members相关的信息抽出来，放在一个data member table和一个member function table之中，class object本身则内含指向这两个表格的指针。Member function table是一系列的solts，每一个solt指出一个member function；Data member table则直接含有data本身。               

                                                        图2 表格对象驱动模型

    表格对象驱动模型也没有实际运用于真正的C++编译器上，但member function table这个观念却成为支持visual functions的一个有效方案。

        C++对象模型：可以说C++对象模型是继承了简单对象模型和表格驱动模型的两者的优点。它是从简单对象模型派生而来的，并对内存空间和存取时间做了优化。在模型中，Nonstatic data member被配置于每一个class object之内，static data member则被存放在所有的class object之外，static和Nonstatic function members也被放在所有的class object之外。Visual functions则以两个步骤支持之：

（1）每一个class产生一堆指向visual functions的指针，放在表格之中。这个表格称为visual table（vtbl）。（这种思想是从表格驱动模型中继承而来的）。

（2）每一个class object被添加了一个指针，指向相关的visual table（虚函数表）。通常这个指针称为vptr。vptr的设定和充值均由每一个class的constructor，destructor和copy assignment运算符自动完成。每一个class所关联的type_info object也经由visual table指出来，通常放在表格的第一个solt处。    

                                                                    图3 C++对象模型

        这个模型主要优点在于它的空间和存取时间的效率；主要缺点：如果运用程序代码未曾改变，单所用的class objects的nonstatic data members有所修改，那么那些运用程序均得重新编译，关于这一个点，前面的双表格模型可以提供较大的弹性，但因为多提供了一层间接性，因此也付出了执行空间和效率两方面的代价。

3、C++继承

（1）单一继承

（2）多重继承

（3）虚拟继承

虚拟继承特点：base class不管在继承串链中派生多少次，永远只会有一个实体。

        “简单对象模型”中，每一个base class可以被derived class object内的每一个solt指出，该solt内含base class object的地址。这种机制的主要缺点：间接性导致空间和存取时间上的额外负担，优点则是class object的大小不会因其base class的改变而受影响。

        “base table模型”也就是表格驱动模型中，base class table被产生出来时，表格中的每一个solt内含一个相关的base class地址。主要缺点：由于间接性而导致空间和存取时间上的额外负担，优点则是在每一个class object中对于继承都有一致的表现方式：每一个class object都应该在某个固定的位置上安放一个base table指针，与base classes的大小或数目无关，第二个优点，不需要改变class object本身，就可以放大、缩小、或更改base class table。

4、struct与class区别

        思想上的区别：struct关键词的使用实现的是C的数据萃取观念，而class关键词实现的是C++的ADT观念。C++原本不是必须需要class关键字，但是它的加入，体现了C++的封装和继承的哲学。

        内存存放的区别：struct是按声明顺序来存放数据，故可以使用小技巧来实现一个可变大小的数组，但是C++中class内数据存储却不一定是与声明一致，如：base classes和derived classes的data members的布局并没有强制规定谁先谁后。

        默认权限的却别：class默认权限为private，而struct的默认权限是public。

5、 对象的差异

        C++程序设计模型直接支持三种programming paradigms（程序设计典范）。

（1）程序模型（procedural model）：面向过程，如字符串处理，可以使用字符数组以及str*函数集。

（2）抽象数据类型模型（ADT）：该模型所谓的“抽象”是和一组表达式（public接口）一起提供，而其运算定义隐而未明。如：string class。

（3）面向对象模型（object-oriented model）：类和继承、多态等。其中C++有三种方法支持多态：1）经由一组隐含的转化操作。例如把一个derived class指针转化为一个指向其public base class指针。

2）经由visual function机制

3）经由dynamic_cast和typeid运算符。

6、多态机制

        指针：指针的内存大小固定，在32位机器上占4个字节，在64位机器上占8个字节。转型（cast）（如：ZooAnimal  *px）其实是一种编译器指令。大部分情况下它并不会去真正影响一个指针的地址，它只影响“被指出之内存的大小和内容”的解释方式。

        多态允许继一个抽象的public接口之后，封装相关的类型。所付出的代价就是额外的间接性——不论是在“内存的获得”或是在“类型的决断”上，C++通过class的pointers和references来支持多态，这种程序设计风格就称为“面向对象”。

结论：

        C++哲学思想：面向对象，其中：封装、继承、多态是核心，为了实现封装引入class关键字，然后详细介绍了class和struct的区别，还介绍了C++对象模型，C++的多态机制，内存分配等。

参考文献：

[1] 侯捷 《深入探索C++对象模型》