何為C++對象模型？

C++對象模型可以概括為以下2部分：

     1. 語言中直接支持面向對象程序設計的部分

     2. 對于各種支持的底層實現機制

引言

現在有一個Point類，聲明如下：

class Point { public: Point(float xval); virtual ~Point(); float x() const; static int PointCount(); protected: virtual ostream& print(ostream &os) const; float _x; static int _point_count;};

這個類在機器上是通過什么模型來表示的呢？下面就介紹三種不同的實現方式。

1. 簡單對象模型

簡單對象模型名副其實，十分簡單。在簡單對象模型中，一個 object是由一系列slots組成，每個slot相當于一個指針，指向一個member，memebers按照聲明的順序與slots一一對應，這里的members包括data members和function members。

如果將簡單對象模型應用在Point Class上，結構圖如下：

優點：十分簡單，降低了編譯器設計的復雜度。

缺點：空間和時間上的效率降低。由于所有member都對應一個slot指針，所以每個object在空間上額外多出：member's number 乘以指針大小的空間。同時由于訪問object的每個member都需要一次slot的額外索引，所以在時間的效率也會降低。

2. 表格驅動對象模型

表格驅動對象模型將member data和member function分別映射成兩個表格member data table和function member table，而object本身只存儲指向這兩個表格的指針。 其中function member table是由一系列的slot組成，每個slot指向一個member function; member data table則直接存儲的member data本身。如果將表格驅動對象模型應用在Point Class上，結構圖如下：

優點：采用兩層索引機制，對object變化提供比較好的彈性，在object的nonstatic data member有所改變時，而應用程序代碼沒有改變，這時是不需要重新編譯的。

缺點：空間和時間上的效率降低，具體原因可以參考簡單對象模型的缺點分析。

3. C++ 對象模型

Stroustrup 早期設計的C++對象模型是從簡單對象模型改進而來的，并對內存空間和存取時間進行了優化。主要是將nonstatic data members存儲在每一個object中，而static data members以及所有的function members被獨立存儲在所有object之外。

對虛函數的支持主要通過以下幾點完成的：

     所有包含虛函數或者繼承自有虛函數基類的class都會有一個virtual table，該虛函數表存儲著一堆指向該類所包含的虛函數的指針。

     每個class所關聯的type_info object也是由virtual table存儲的，一般會存在該表格的首個slot，type_info用于支持runtime type identification (RTTI)。

如果將C++對象模型應用在Point Class上，結構圖如下：

優點：空間和存取效率高，所有static data members以及所有的function members被獨立存儲在所有object之外，可以減少每個object的大小，而nonstatic data members存儲在每一個object中，又提升了存取效率。

缺點：如果應用程序的代碼未曾更改，但所用到的class的nonstatic data members有所更改，那么那些代碼仍然需要全部重新編譯，而前面的表格驅動模型在這方面提供了較大的彈性，因為他多提供了一層間接性，當然是付出了時間和空間上的代價。

在加上繼承情況下的對象模型

C++支持單繼承、多繼承、虛繼承，下面來看下base class實體在derived class中是如何被構建的。

簡單對象模型中可以通過derived class object中的一個slot來存儲base class subobject的地址，這樣就可以通過該slot來訪問base class的成員。這種實現方式的主要缺點是：因為間接性的存儲而導致空間和存取時間上存在額外負擔；優點是：derived class的結構不會因為base class的改變而改變。

表格驅動對象模型中可以利用一個類似base class table的表格來存儲所有基類的信息。該表格中存儲一系列slot，每個slot存儲一個base class的地址。這種實現方式的缺點是：因為間接性的存儲而導致空間和存取時間上存在額外負擔；優點是：一是所有繼承的class都有一致的表現形式（包含一個base table指針，指向基類表）與基類的大小和數目沒有關系，二是base class table增加了子類的擴展性，當基類發生改變時，可以通過擴展、縮小或者更改base class table來進行調整。

以上兩種實現方式都存在一個重要的問題，就是由于間接性而導致的空間和時間上的額外負擔，并且該間接性的級數會隨著繼承的深度而增加。

C++ 最初采用的繼承模型并不采用任何間接性，所有基類的數據直接存儲在子類當中，這樣在存儲結構和訪問效率上是最高效的。當然也有缺點：當base class members有任何改變，用到此base class或者derived class的對象必須重新編譯。在C++ 2.0引入了virtual base class，需要一些間接性的方式來支持該特性，一般會導入一個virtual base class table或者擴展已有的virtual table。

總結

以上就是深入研究C++的對象模型的全部內容，希望本文的內容對大家有所幫助。