在許多筆試面試中都會涉及到sizeof 運算符的求值問題。

這類問題主要分四類：

基本數據類型，如int，bool，fload，long，long，int * 等，這一類比較簡單，但要注意x86和x64情況下的指針大小

枚舉 enum。這個類型網絡上有說是1-4個byte，根據最大值決定的；也有說是sizeof(int)。我這邊個人使用 visual studio 2015 獲得的結果是4個byte

struct 和 union 組合類型。union 是取其中一個最大成員的size作為其size；struct 則要考慮對齊填充因素

class 類型，class 就稍微復雜點，不僅僅要考慮對齊填充因素，還要考慮繼承，虛繼承，虛函數等因素。

下文主要講述class 的內存布局，稍帶介紹一下struct 的size。

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struct 的內存布局：

struct 的內存對齊和填充概念學過C 的都應該知道一點。其實只要記住一個概念和三個原則就可以了：

一個概念：

　　自然對齊：如果一個變量的內存地址正好位于它長度的整數倍，就被稱做自然對齊。

　　如果不自然對齊，會帶來CPU存取數據時的性能損失。（PS：具體應該與CPU通過總線讀寫內存數據的細節相關，具體沒有細究）

三個原則：

struct 的起始地址需要能夠被其成員中最寬的基本數據類型整除；

struct 的size 也必須能夠被其成員中最寬的基本數據類型整除；

struct 中每個成員地址相對于struct 的起始地址的offset，必須是自然對齊的。

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Class 的內存布局：

在學習C++ 的class 的內存布局前，先介紹下文會被用到的Visual studio 中的編譯選項"/d1reportAllClassLayout" 和 "/d1reportSingleClassLayout[ClassName]"。

這兩個編譯選項分別會輸出當前編譯單元中所以class 的內存布局和指定class 的內存布局。對于學習class 的內存布局很方便。

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關于一個class 的定義，在定義過程中涉及到的有：

　　成員數據（靜態，非靜態）和成員函數（靜態，非靜態，virtual）。

所有的成員函數都不會占用對象的存儲空間，無論是靜態，非靜態還是虛函數。

而對于成員數據來說，只有非靜態的數據才會占用對象的存儲空間。

這個很好理解，靜態成員數據和成員函數是屬于class 的，而非屬于具體的對象，所以只要維護一份內存就可以了，無需每個對象都拷貝一份。

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但是影響對象的大小的因素并不僅僅與看到的成員變量有關：

　　非靜態成員變量，虛函數表指針(_vftprt)，虛基類表指針(_vbtptr)，上文的內存對齊

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• 空類

class CEmpty{};

　　對于空類，許多人想當然的認為大小應該是0。這是錯誤的，如果是正確的話，這個類可以被實例化成一個對象，且這個對象不占任何存儲空間，且可以有很多不占任何空間的對象，而且這個不占空間的對象還可以有指針，這樣就很奇怪了。

　　所以正常編譯器會給空類分配1個byte 的空間用于標示。

　　sizeof(CEmpty) = 1

• 普通類

class CBase { public:int m_ia;static int s_ib; private:void f();void g(); };

　　其類的布局如下：

class CBase size(4):+---0 | m_ia+---

　　只有m_ia 成員，size 為4個byte。因為靜態數據成員和成員函數不占有對象空間。

• 有虛函數的類

class CBase { public:int m_ia; private:void f();void g();virtual void h(); };

　　其類的布局如下：

class CBase size(8):+---0 | {vfptr}4 | m_ia+---CBase::$vftable@:| &CBase_meta| 00 | &CBase::h

　　可以看到該類的起始地址是放了一個"vfptr"，這個指針用來指向該類的虛函數表。

• 單一繼承的類(無虛函數)

class CBase { public:int m_ia; private:void f();void g(); };class CChild :public CBase { public:int m_iChild; };

　　類的布局如下：

class CChild size(8):+---| +--- (base class CBase)0 | | m_ia| +---4 | m_iChild+---

　　即派生類中拷貝了一份基類中的成員數據，所以size 為8個byte。

• 單一繼承的類（含有虛函數）

class CBase { public:int m_ia; public:virtual ~CBase();virtual void f();virtual void g(); };class CChild :public CBase { public:int m_iChild; public:virtual ~CChild();virtual void g(); };

　　其類的布局如下：

class CChild size(12):+---| +--- (base class CBase)0 | | {vfptr}4 | | m_ia| +---8 | m_iChild+---CChild::$vftable@:| &CChild_meta| 00 | &CChild::{dtor} 1 | &CBase::f 2 | &CChild::g

　　可以看到派生類中只有一個"vfptr"，但是虛函數表中的函數卻不同于基類中的函數，沒有重寫的虛函數沿用基類中的虛函數，而被重寫的虛函數則更新為派生類中的虛函數。

• 多重繼承的類（基類都含有虛函數）

　　

class CBase1 { public:int m_i1; public:virtual ~CBase1();virtual void f1();virtual void g1(); };class CBase2 { public:int m_i2; public:virtual ~CBase2();virtual void f2();virtual void g2(); };class CChild :public CBase1, public CBase2 { public:int m_iChild; public:virtual ~CChild();virtual void f1();virtual void g2(); };

　　其類的布局如下：

class CChild size(20):+---| +--- (base class CBase1)0 | | {vfptr}4 | | m_i1| +---| +--- (base class CBase2)8 | | {vfptr} 12 | | m_i2| +--- 16 | m_iChild+---CChild::$vftable@CBase1@:| &CChild_meta| 00 | &CChild::{dtor} 1 | &CChild::f1 2 | &CBase1::g1 CChild::$vftable@CBase2@:| -80 | &thunk: this-=8; goto CChild::{dtor} 1 | &CBase2::f2 2 | &CChild::g2

　　CChild 分別從CBase1 和 CBase 中繼承一個vfptr.

• 菱形結構繼承的類（非虛繼承）

class CBase { public:int m_iBase; public:virtual ~CBase();virtual void f0();virtual void g0();virtual void h0(); };class CChild1:public CBase { public:int m_iChild1; public:virtual ~CChild1();virtual void f0();virtual void h1(); };class CChild2:public CBase { public:int m_iChild2; public:~CChild2();void g0();void h1(); };class CGrandChild :public CChild1, public CChild2 { public:int m_iGrandChild; public:virtual ~CGrandChild();virtual void h0();virtual void h1();virtual void h2();virtual void f0(); };

　　其類的布局如下：

class CGrandChild size(28):+---| +--- (base class CChild1)| | +--- (base class CBase)0 | | | {vfptr}4 | | | m_iBase| | +---8 | | m_iChild1| +---| +--- (base class CChild2)| | +--- (base class CBase) 12 | | | {vfptr} 16 | | | m_iBase| | +--- 20 | | m_iChild2| +--- 24 | m_iGrandChild+---CGrandChild::$vftable@CChild1@:| &CGrandChild_meta| 00 | &CGrandChild::{dtor} 1 | &CGrandChild::f0 2 | &CBase::g0 3 | &CGrandChild::h0 4 | &CGrandChild::h1 5 | &CGrandChild::h2 CGrandChild::$vftable@CChild2@:| -120 | &thunk: this-=12; goto CGrandChild::{dtor} 1 | &thunk: this-=12; goto CGrandChild::f0 2 | &CChild2::g0 3 | &thunk: this-=12; goto CGrandChild::h0

　　這種繼承是有風險的，即通過CGrandChild 去訪問m_iBase 時，容易造成二義性，需要使用"pGrandChild->CChild::m_iBase" 這種方法去訪問。

　　為了避免這種問題，C++ 中有一種機制是虛繼承。

• 單一虛繼承

class CBase { public:int m_iBase; public:virtual ~CBase();virtual void f0();virtual void g0();virtual void h0(); };class CChild1: virtual public CBase { public:int m_iChild1; public:virtual ~CChild1();virtual void f0();virtual void h1(); };

　　其類的布局如下：

class CChild1 size(24):+---0 | {vfptr}4 | {vbptr}8 | m_iChild1+--- 12 | (vtordisp for vbase CBase)+--- (virtual base CBase) 16 | {vfptr} 20 | m_iBase+---CChild1::$vftable@CChild1@:| &CChild1_meta| 00 | &CChild1::h1 CChild1::$vbtable@:0 | -41 | 12 (CChild1d(CChild1+4)CBase)CChild1::$vftable@CBase@:| -160 | &(vtordisp) CChild1::{dtor} 1 | &(vtordisp) CChild1::f0 2 | &CBase::g0 3 | &CBase::h0

　　從布局中看，發現多了一個vbptr 指針，則是一個指向基類的虛基類指針；在派生類和虛基類之間又多了“vtordisp for vbase CBase”，vtordisp 并不是每個虛繼承的派生類都會生成的，關于這部分可以參考MSDN 中?vtordisp；在vtordisp 后面則是虛基類的一個拷貝。

• 多重繼承的類（虛繼承）

class CChild1 { public:int m_iChild1; public:virtual ~CChild1();virtual void f0();virtual void h1(); };class CChild2 { public:int m_iChild2; public:~CChild2();void g0();void h1(); };class CGrandChild :public CChild1, public CChild2 { public:int m_iGrandChild; public:virtual ~CGrandChild();virtual void h0();virtual void h1();virtual void h2();virtual void f0(); };

　　virtual public Child1, public CChild2

　　　　其類的布局如下：

class CGrandChild size(28):+---0 | {vfptr}| +--- (base class CChild2)4 | | m_iChild2| +---8 | {vbptr} 12 | m_iGrandChild+--- 16 | (vtordisp for vbase CChild1)+--- (virtual base CChild1) 20 | {vfptr} 24 | m_iChild1+---

　　

　　public Child1, virtual public CChild2

　　　　其類的布局如下：

class CGrandChild size(20):+---| +--- (base class CChild1)0 | | {vfptr}4 | | m_iChild1| +---8 | {vbptr} 12 | m_iGrandChild+---+--- (virtual base CChild2) 16 | m_iChild2+---

　　virtual?public Child1, virtual public CChild2

class CGrandChild size(28):+---0 | {vfptr}4 | {vbptr}8 | m_iGrandChild+--- 12 | (vtordisp for vbase CChild1)+--- (virtual base CChild1) 16 | {vfptr} 20 | m_iChild1+---+--- (virtual base CChild2) 24 | m_iChild2+---

　　通過上述虛繼承的情況來看，可以看出有虛繼承的派生類中，派生類和虛基類的數據是完全隔開的，先存放派生類自己的虛函數指針，虛基類指針和數據；然后有vtordisp 作為間隔；在存放虛基類的內容。

• 菱形結構繼承的類（虛繼承）

class CBase { public:int m_iBase; public:virtual ~CBase();virtual void f0();virtual void g0();virtual void h0(); };class CChild1 : virtual public CBase { public:int m_iChild1; public:virtual ~CChild1();virtual void f0();virtual void h1(); };class CChild2 : virtual public CBase{ public:int m_iChild2; public:virtual ~CChild2();virtual void g0();virtual void h1(); };class CGrandChild : public CChild1, public CChild2 { public:int m_iGrandChild; public:virtual ~CGrandChild();virtual void h0();virtual void h1();virtual void h2();virtual void f0(); };

　　其類的布局如下：

class CGrandChild size(40):+---| +--- (base class CChild1)0 | | {vfptr}4 | | {vbptr}8 | | m_iChild1| +---| +--- (base class CChild2) 12 | | {vfptr} 16 | | {vbptr} 20 | | m_iChild2| +--- 24 | m_iGrandChild+--- 28 | (vtordisp for vbase CBase)+--- (virtual base CBase) 32 | {vfptr} 36 | m_iBase+---

　　有了上文的基礎，這個派生類的機構就不難理解了。

　　

轉載于:https://www.cnblogs.com/jiaochen/p/5524335.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C++ 中类的内存布局的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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