C++成员函数在内存中的存储方式

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-07-14 15:48 160阅读 0赞

用类去定义对象时，系统会为每一个对象分配存储空间。如果一个类包括了数据和函数，要分别为数据和函数的代码分配存储空间。按理说，如果用同一个类定义了10个对象，那么就需要分别为10个对象的数据和函数代码分配存储单元，如下图所示。

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能否只用一段空间来存放这个共同的函数代码段，在调用各对象的函数时，都去调用这个公用的函数代码。如下图所示。

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显然，这样做会大大节约存储空间。C++编译系统正是这样做的，**因此每个对象所占用的存储空间只是该对象的数据部分（虚函数指针和虚基类指针也属于数据部分）所占用的存储空间，而不包括函数代码所占用的存储空间**。

看如下测试代码：

class D  
    {  
    public:  
        void printA()  
        {  
            cout<<"printA"<<endl;  
        }  
        virtual void printB()  
        {  
            cout<<"printB"<<endl;  
        }  
    };  
    int main(void)
    {
    	D *d=NULL;
    	d->printA();
    	d->printB();
    }

问题：以上代码的输出结果是什么？

C++程序的内存格局通常分为四个区：**全局数据区(data area)，代码区(code area)，栈区(stack area)，堆区(heap area)(即自由存储区)**。全局数据区存放全局变量，静态数据和常量；所有**类成员函数和非成员函数代码存放在代码区**；为运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等存放在栈区；余下的空间都被称为堆区。根据这个解释，我们可以得知在类的定义时，类成员函数是被放在代码区，而类的静态成员变量在类定义时就已经在全局数据区分配了内存，因而它是属于类的。对于非静态成员变量，我们是在类的实例化过程中(构造对象)才在栈区或者堆区为其分配内存，是为每个对象生成一个拷贝，所以它是属于对象的。

应当说明，常说的“某某对象的成员函数”，是从逻辑的角度而言的，而成员函数的存储方式，是从物理的角度而言的，二者是不矛盾的。

下面我们再来讨论下类的静态成员函数和非静态成员函数的区别：**静态成员函数和非静态成员函数都是在类的定义时放在内存的代码区**的，因而可以说它们都是属于类的，但是类为什么只能直接调用静态类成员函数，而非静态类成员函数(即使函数没有参数)只有类对象才能调用呢？原因是**类的非静态类成员函数其实都内含了一个指向类对象的指针型参数(即this指针)，因而只有类对象才能调用(此时this指针有实值)**。

回答开头的问题，答案是**输出“printA”后，程序崩溃**。类中包括成员变量和成员函数。new出来的只是成员变量，成员函数始终存在，所以如果成员函数未使用任何成员变量的话，不管是不是static的，都能正常工作。需要注意的是，虽然调用不同对象的成员函数时都是执行同一段函数代码，但是执行结果一般是不相同的。不同的对象使用的是同一个函数代码段，它怎么能够分别对不同对象中的数据进行操作呢？原来C++为此专门设立了一个名为this的指针，用来指向不同的对象。

需要说明，**不论成员函数在类内定义还是在类外定义，成员函数的代码段都用同一种方式存储**。不要将成员函数的这种存储方式和inline(内联)函数的概念混淆。不要误以为用inline声明(或默认为inline)的成员函数，其代码段占用对象的存储空间，而不用inline声明的成员函数，其代码段不占用对象的存储空间。不论是否用inline声明(或默认为inline)，**成员函数的代码段都不占用对象的存储空间**。用inline声明的作用是在调用该函数时，将函数的代码段复制插人到函数调用点，而若不用inline声明，在调用该函数时，流程转去函数代码段的入口地址，在执行完该函数代码段后，流程返回函数调用点。inline与成员函数是否占用对象的存储空间无关，它们不属于同一个问題，不应搞混。

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