C++继承时的对象内存模型

在《C++对象的内存模型》一节中我们讲解了没有继承时对象内存的分布情况。这时的内存模型很简单，成员变量和成员函数会分开存储：

• 对象的内存中只包含成员变量，存储在栈区或堆区（使用 new 创建对象）；
• 成员函数与对象内存分离，存储在代码区。

当存在继承关系时，内存模型会稍微复杂一些。

继承时的内存模型

有继承关系时，派生类的内存模型可以看成是基类成员变量和新增成员变量的总和，而所有成员函数仍然存储在另外一个区域——代码区，由所有对象共享。请看下面的代码：

#include <cstdio>
using namespace std;
//基类A
class A{
public:
    A(int a, int b);
public:
    void display();
protected:
    int m_a;
    int m_b;
};
A::A(int a, int b): m_a(a), m_b(b){}
void A::display(){
    printf("m_a=%d, m_b=%d\n", m_a, m_b);
}
//派生类B
class B: public A{
public:
    B(int a, int b, int c);
    void display();
private:
    int m_c;
};
B::B(int a, int b, int c): A(a, b), m_c(c){ }
void B::display(){
    printf("m_a=%d, m_b=%d, m_c=%d\n", m_a, m_b, m_c);
}
int main(){
    A obj_a(99, 10);
    B obj_b(84, 23, 95);
    obj_a.display();
    obj_b.display();
    return 0;
}

obj_a 是基类对象，obj_b 是派生类对象。假设 obj_a 的起始地址为 0X1000，那么它的内存分布如下图所示：

假设 obj_b 的起始地址为 0X1100，那么它的内存分布如下图所示：

可以发现，基类的成员变量排在前面，派生类的排在后面。

为了让大家理解更加透彻，我们不妨再由 B 类派生出一个 C 类：

//声明并定义派生类C
class C: public B{
public:
    C(char a, int b, int c, int d);
public:
    void display();
private:
    int m_d;
};
C::C(char a, int b, int c, int d): B(a, b, c), m_d(d){ }
void C::display(){
    printf("m_a=%d, m_b=%d, m_c=%d, m_d=%d\n", m_a, m_b, m_c, m_d);
}
//创建C类对象obj_c
C obj_c(84, 23, 95, 60);
obj_c.display();

假设 obj_c 的起始地址为 0X1200，那么它的内存分布如下图所示：

成员变量按照派生的层级依次排列，新增成员变量始终在最后。

有成员变量遮蔽时的内存分布

更改上面的 C 类，让它的成员变量遮蔽 A 类和 B 类的成员变量：

//声明并定义派生类C
class C: public B{
public:
    C(char a, int b, int c, int d);
public:
    void display();
private:
    int m_b;  //遮蔽A类的成员变量
    int m_c;  //遮蔽B类的成员变量
    int m_d;  //新增成员变量
};
C::C(char a, int b, int c, int d): B(a, b, c), m_b(b), m_c(c), m_d(d){ }
void C::display(){
    printf("A::m_a=%d, A::m_b=%d, B::m_c=%d\n", m_a, A::m_b, B::m_c);
    printf("C::m_b=%d, C::m_c=%d, C::m_d=%d\n", m_b, m_c, m_d);
}
//创建C类对象obj_c
C obj_c(84, 23, 95, 60);
obj_c.display();

假设 obj_c 的起始地址为 0X1300，那么它的内存分布如下图所示：

当基类 A、B 的成员变量被遮蔽时，仍然会留在派生类对象 obj_c 的内存中，C 类新增的成员变量始终排在基类 A、B 的后面。

总结：在派生类的对象模型中，会包含所有基类的成员变量。这种设计方案的优点是访问效率高，能够在派生类对象中直接访问基类变量，无需经过好几层间接计算。