深入理解C++类内存布局（从零开始掌握对象在内存中的存储结构）

基础类的内存布局

我们先从最简单的类开始：

class Point {public:    int x;    int y;};

这个类包含两个 int 类型的成员变量。在32位系统中，每个 int 占4字节，因此整个对象大小为8字节。你可以通过 sizeof(Point) 验证这一点。

注意：编译器可能会进行 内存对齐（padding），以提高访问效率。例如，如果类中有 char 和 int，编译器可能在它们之间插入填充字节。

包含虚函数的类

一旦类中声明了虚函数，情况就变了。编译器会为该类的对象添加一个隐藏的指针——虚函数表指针（vptr），它指向一个称为“虚函数表”（vtable）的数据结构。

class Shape {public:    virtual void draw() = 0; // 纯虚函数    int id;};class Circle : public Shape {public:    void draw() override {        // 绘制圆形    }    double radius;};

对于 Circle 对象，其内存布局大致如下（以64位系统为例）：

• 前8字节：vptr（指向Circle的虚函数表）
• 接下来4字节：Shape::id
• 可能有4字节填充（为了对齐）
• 最后8字节：Circle::radius

因此，sizeof(Circle) 通常是 24 字节（8 + 4 + 4 padding + 8）。

多重继承与虚继承

在多重继承中，每个基类（如果有虚函数）都可能带来自己的 vptr。而使用 虚继承 时，编译器会引入额外的指针来解决菱形继承问题，这也会改变内存布局。

虽然这部分较为复杂，但核心思想不变：编译器会确保每个对象能正确调用其虚函数，并维持类型安全。

如何查看实际内存布局？

GCC 提供了一个实用选项：-fdump-lang-class。例如：

g++ -fdump-lang-class main.cpp

这会生成一个 .class 文件，详细列出每个类的内存布局，包括 vptr 位置、成员偏移量等。

总结

掌握 C++类内存布局 是深入理解C++对象模型的关键。无论你是想优化性能、调试内存问题，还是准备面试，这些知识都至关重要。记住以下几点：

• 普通类只包含成员变量，按声明顺序+对齐规则排列
• 含虚函数的类会自动添加 vptr（通常位于对象起始处）
• 内存对齐 可能导致对象大小大于成员总和
• 继承（尤其是虚继承）会显著影响布局

希望这篇教程能帮你打下扎实的基础！如果你对 虚函数表 或 C++对象模型 还有疑问，欢迎继续深入学习相关资料。