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5.C++中类的数据成员和成员函数内存分布情况

发布时间 2023-08-02 21:51:44作者: CodeMagicianT

5.C++中类的数据成员和成员函数内存分布情况

  • 非静态成员的数据类型大小之和。
  • 编译器加入的额外成员变量（如指向虚函数表的指针）。
  • 为了边缘对齐优化加入的padding。

空类(无非静态数据成员)的对象的size为1, 当作为基类时, size为0。

C++类是由结构体发展得来的，所以他们的成员变量（C语言的结构体只有成员变量）的内存分配机制是一样的。

首先，类计算大小与C语言中struct计算大小的规则是一样的，都遵循内存对齐原则

类的属性与方法是分开存储的，内存给类实例化出的对象开辟空间时只开辟成员变量所占用的空间，类中的所有成员函数全部都会被放入公共代码区，并且会被此类域修饰。也就是说成员函数是不占空间的，在计算类实例化对象的空间时，只计算成员变量的大小。

这样的好处：可以避免每个对象都保存着相同的代码，造成空间浪费。参考：[(8条消息) 【C++】之类和对象 - 概念与存储空间_类的对象存储空间_Hello_World_213的博客-CSDN博客]

一个类对象的地址就是类所包含的这一片内存空间的首地址，这个首地址也就对应具体某一个成员变量的地址。（在定义类对象的同时这些成员变量也就被定义了），举个例子：

#include <iostream>
using namespace std;

class Person
{
public:
    Person()
    {
        this->age = 23;
    }
    void printAge()
    {
        cout << this->age <<endl;
    }
    ~Person(){}
public:
    int age;
};

int main()
{
    Person p;
    cout << "对象地址："<< &p <<endl;
    cout << "age地址："<< &(p.age) <<endl;
    cout << "对象大小："<< sizeof(p) <<endl;
    cout << "age大小："<< sizeof(p.age) <<endl;
    return 0;
}
//输出结果
//对象地址：0x7fffec0f15a8
//age地址：0x7fffec0f15a8
//对象大小：4
//age大小：4

1.空类占用1个字节的存储空间

问题：C++类的成员函数在定义对象前分配了存储空间吗？[(8条消息) c++类的成员函数在定义对象前分配了存储空间吗？_爱吃甜食_的博客-CSDN博客]

对于一般的类(非静态)来说，在定义类但还未创建对象的时候，类的所有成员(包括变量和函数)都占用着内存空间(准确地说占用着指令代码区)，但不占用堆栈空间

而创建对象的时候，会根据对象的类型占用堆栈的空间(用传统模式创建对象会占用栈空间，用引用+new模式创建对象会占用堆空间，同时引用会保存在栈里)

对于静态(static)类来说，静态类是不能实例化创建对象的，所有的成员都是静态成员，也需要占用内存空间，但不在堆栈里，而是在内存的静态/全局区(这个区域用于存放所有的全局成员和静态成员)。

声明一个空类做测试：

#include <iostream>
using namespace std;

class A 
{

};

int main() 
{
	cout << sizeof(A) << endl;
	return 0;
}

输出：

1

原因：类中没有任何成员变量，占用的存储大小本该为0，但是如果是0，类实例化出的对象就不会在内存上占用空间，没有地址，也就无法区分这些对象。为了解决这个问题，编译器会给空类隐含加一个字节，保证用此类定义的对象都有一个独一无二的地址。

2.类的成员函数（非虚函数）不占用类的存储空间

在1的基础上增加类的成员函数做测试：

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
    A() {}
    ~A() {}
    int func1() { return 0; }
    int func2() { return 0; }
};

int main() 
{
    cout << sizeof(A) << endl;

    return 0;
}

输出：

1

原因：成员函数（包括构造和析构函数）编译后存放在代码区，不占用类的存储空间。

3.类的静态成员变量不占用类的存储空间

在2的基础上定义一个静态成员变量做测试：

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
private:
    static int n;
public:
    A() {}
    ~A() {}
    int func1() { return 0; }
    int func2() { return 0; }
};

int main()
{
    cout << sizeof(A) << endl;

    return 0;
}

输出：

1

原因：类里的静态成员变量在全局数据区中分配空间，不占用类的存储空间，全局只有一份，不会随着类的实例化存储在每个对象里。

静态成员函数的存放问题：静态成员函数与一般成员函数的唯一区别就是没有this指针，因此不能访问非静态数据成员。

就像我前面提到的，所有函数都存放在代码区，静态函数也不例外。所有有人一看到 static 这个单词就主观的认为是存放在全局数据区，那是不对的。

4.类中的虚函数占用类的存储空间，但所占的空间不会随着虚函数的个数增长

在3的基础上定义3个虚成员函数做测试：

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
private:
    static int n;
public:
    A() {}
    ~A() {}
    int func1() { return 0; }
    int func2() { return 0; }
    virtual int func3() { return 0; }
    virtual int func4() { return 0; }
    virtual int func5() { return 0; }
};

int main()
{
    cout << sizeof(A) << endl;

    return 0;
}

输出：

1

原因：有虚成员函数的类实例化的时候，会有一个指针vptr指向虚函数表vtbl，而虚函数表里就存储着类中定义的所有虚函数。所以虚函数引起的额外内存占用就是指针vptr占用内存的大小，对于64位系统来讲，指针占用的内存空间为8，所以这里的结果是8。而且不管定义几个虚函数，额外的内存占用都只是vptr指针所占空间的大小。

总结：类对象所占用的空间只由以下3部分组成：

​ （1）类的非静态成员变量

​ （2）编译器所做的数据对齐处理

​ （3）虚函数带来的额外开销

​ 其他类内定义的成员函数，静态成员变量等，均不占用类对象的存储空间。

参考资料来源于：[(8条消息) C++类对象到底占多大存储空间呢_c++对象占用内存_haowunanhai的博客-CSDN博客]