C++对象模型：单继承与对象布局

"C++对象模型主要探讨了C++编译器如何在底层实现对象的运作机制，以支持C++的面向对象特性。虽然具体的实现细节可能因编译器而异，但理解对象模型有助于解决许多编程问题。" C++对象模型涉及到的核心概念包括类、对象、数据成员访问、单一对象布局、继承对象布局、多态性和虚函数。下面将对这些概念进行详细阐述： 1. **类(Class)**：类是一种抽象数据类型，它定义了一组数据成员（描述对象属性）和成员函数（描述对象行为）。通过类，我们可以创建多个该类型的实例，称为对象。 2. **数据成员（Data Members）**：数据成员是类的一部分，分为静态数据成员（Static Data Members）和非静态数据成员（Non-Static Data Members）。静态数据成员在所有对象之间共享，无需通过对象访问，而非静态数据成员则与每个对象关联，其访问需要隐含的`this`指针。 3. **静态数据成员(Static Data Members)**：静态数据成员不是每个对象独有的，它们在内存中只有一份副本，可以直接通过类名来访问。例如，`CPoint3D::size=300;`就直接修改了`CPoint3D`类的静态成员`size`。 4. **非静态数据成员(Non-Static Data Members)**：非静态数据成员存储在对象的内存空间内，访问时需要通过对象实例和偏移量来定位。由于偏移量在编译时确定，所以访问效率接近于C结构体成员的访问。 5. **单一对象布局(Single Object Layout)**：每个对象的实体仅包含类的非静态数据成员和一些辅助机制（如虚函数表指针vptr）。成员函数并不存储在对象内部，而是所有对象共享同一份函数实现。 6. **继承对象布局(Inheritance Object Layout)**：当一个类从另一个类继承时，子类的对象会包含父类的非静态数据成员。在单继承情况下，每个子类只有一个直接基类，但继承深度没有限制。例如，`CPoint3d`类从`CPoint2d`继承，并添加了一个新的数据成员`z`。 7. **多态性(Polymorphism)**：多态允许不同的对象对同一消息作出不同的响应。在C++中，通过虚函数（Virtual Functions）实现。虚函数允许动态绑定，使得指向基类指针或引用可以调用派生类的重写方法。 8. **虚函数(Virtual Functions)**：虚函数是声明在基类中的函数，其目的是为了实现多态。编译器为每个具有虚函数的类维护一个虚函数表（vtable），对象的内存布局中包含一个指向vtable的指针，从而在运行时决定调用哪个函数实现。 C++对象模型是C++语言实现面向对象特性的基础，理解这一模型对于编写高效、灵活的代码至关重要。在设计类和对象时，考虑到数据成员的访问方式、继承层次和多态性，可以有效地利用内存和提高程序的可扩展性。