C++中的类所占内存空间总结

Posted zhanghuan_wangkai

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了C++中的类所占内存空间总结相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

类所占内存的大小是由成员变量(静态变量除外)决定的,成员函数(这是笼统的说,后面会细说)是不计算在内的。

摘抄部分:

成员函数还是以一般的函数一样的存在。a.fun()是通过fun(a.this)来调用的。所谓成员函数只是在名义上是类里的。其实成员函数的大小不在类的对象里面,同一个类的多个对象共享函数代码。而我们访问类的成员函数是通过类里面的一个指针实现,而这个指针指向的是一个table,table里面记录的各个成员函数的地址(当然不同的编译可能略有不同的实现)。所以我们访问成员函数是间接获得地址的。所以这样也就增加了一定的时间开销,这也就是为什么我们提倡把一些简短的,调用频率高的函数声明为inline形式(内联函数)。

成员函数也是要占用空间的,只不过是多个对象公用一个成员函数的空间而已。

书上有这样一段话:
一个类可以创建多个对象
在创建对象时,编译系统只为对象中的成员数据(成员变量)分配内存空间
而同类对象的成员函数的代码却是共享的
…………
创建一个对象时,为该对象分配的存储空间为它的数据成员所占用的存储空间的总和

(一)
class CBase 
 

sizeof(CBase)=1;

为什么空的什么都没有是1呢?
c++要求每个实例在内存中都有独一无二的地址。//注意这句话!!!!!!!!!!
空类也会被实例化,所以编译器会给空类隐含的添加一个字节,这样空类实例化之后就有了独一无二的地址了。所以空类的sizeof为1。

(二)

class CBase 
 
int a; 
char p; 

sizeof(CBase)=8;
记得对齐的问题int 占4字节//注意这点和struct的对齐原则很像!!!!!
char占一字节,补齐3字节

(三)
class CBase 
 
public: 
CBase(void); 
virtual ~CBase(void); 
private: 
int  a; 
char *p; 

再运行:sizeof(CBase)=12

C++ 类中有虚函数的时候有一个指向虚函数的指针(vptr),在32位系统分配指针大小为4字节。无论多少个虚函数,只有这一个指针,4字节。//注意一般的函数是没有这个指针的,而且也不占类的内存。

(四)
class CChild : public CBase 
 
public: 
CChild(void); 
~CChild(void); 

virtual void test();
private: 
int b; 

输出:sizeof(CChild)=16;
可见子类的大小是本身成员变量的大小加上父类的大小。//其中有一部分是虚拟函数表的原因,一定要知道

父类子类共享一个虚函数指针

(五)

#include<iostream.h>

class a ;

class b;

class c:public a

virtual void fun()=0;

;

class d:public b,public c;

int main()

cout<<"sizeof(a)"<<sizeof(a)<<endl;

cout<<"sizeof(b)"<<sizeof(b)<<endl;

cout<<"sizeof(c)"<<sizeof(c)<<endl;

cout<<"sizeof(d)"<<sizeof(d)<<endl;

return 0;

程序执行的输出结果为:

sizeof(a) =1

sizeof(b)=1

sizeof(c)=4

sizeof(d)=8

前三种情况比较常见,注意第四种情况。类d的大小更让初学者疑惑吧,类d是由类b,c派生迩来的,它的大小应该为二者之和5,为什么却是8 呢?这是因为为了提高实例在内存中的存取效率.类的大小往往被调整到系统的整数倍.并采取就近的法则,里哪个最近的倍数,就是该类的大小,所以类d的大小为8个字节.

总结:

空的类是会占用内存空间的,而且大小是1,原因是C++要求每个实例在内存中都有独一无二的地址。

(一)类内部的成员变量:

  • 普通的变量:是要占用内存的,但是要注意对齐原则(这点和struct类型很相似)。
  • static修饰的静态变量:不占用内容,原因是编译器将其放在全局变量区。

(二)类内部的成员函数:

  • 普通函数:不占用内存。
  • 虚函数:要占用4个字节,用来指定虚函数的虚拟函数表的入口地址。所以一个类的虚函数所占用的地址是不变的,和虚函数的个数是没有关系的


昨天去面试一家公司,面试题中有一个题,自己没弄清楚,先记录如下:

[cpp]  view plain  copy  
  1. class D  
  2.   
  3. public:  
  4.     void printA()  
  5.       
  6.         cout<<"printA"<<endl;  
  7.       
  8.     virtual void printB()  
  9.       
  10.         cout<<"printB"<<endl;  
  11.       
  12. ;  

main函数调用:

D *d=NULL;
d->printA();
d->printB();

输出结果是?

当时想的是对象d直接初始化为NULL,非虚的成员函数没有地址,应该找不到,而virtual成员函数,由于对象会有指向虚拟函数表的指针-vptr,指向virtual函数列表的虚拟函数表,这样应该能够取到地址(实际上,这个virtual函数的printB最应该想到是直接崩溃,因为d指向NULL,即地址为0x00000000,再去找虚地址指针,肯定是不允许的)。


下面具体分析一下吧

先看一下类的成员函数的情况,

[cpp]  view plain  copy  
  1. class A  
  2.   
  3.   
  4. ;  
  5. class B  
  6. public:  
  7.     B()  
  8.     ~B()  
  9. ;  
  10. class C  
  11.   
  12. public:  
  13.     C()  
  14.     virtual ~C()  
  15. ;  

类A、B、C三个类,一个是什么都没有的真的空类,一个是有成员函数的类,最后一个是带有虚函数的类。

那他们分别咱的内存大小是多少呢?

cout<<"A="<<sizeof(A)<<endl;
cout<<"B="<<sizeof(B)<<endl;
cout<<"C="<<sizeof(C)<<endl;

32位windows xp机器上测试结果:

A=1

B=1

C=4

从A和B的比较可以看出成员函数是不占用类空间的,再具体一个例子:

[cpp]  view plain  copy  
  1. class E  
  2. public:  
  3.     E()  
  4.     ~E()  
  5. private:  
  6.     int m_data;  
  7.     char c;  
  8. ;  

sizeof(E)在32位机器上输出结果,如果不考虑对齐 为5,考虑则为8,可见和上面B类的预期一致。

    我们可以说,静态数据成员和静态成员函数时类的一部分,而不是对象的一部分(谭老师说的)。

当我们实例化一个对象的时候,因为这个对象是用类定义的,那么它理所当然拥有了这个类的数据和函数。但是,一般情况下,不同的对象,他们的的数据值不同,但是函数的代码都相同。所以,为了节约存储空间(想象一下我们如果定义了100个对象,那么用100段内存空间存储相同的代码,岂不是很浪费?),我们让成员函数的代码共享。

      我们把成员函数的代码存储在对象空间之外。换句话说,成员函数的代码,都不占据对象的存储空间。它会被存在其他地方。

      所以类的成员函数,对于类来讲。一方面是逻辑上的“属于”,一方面是物理上的“不依赖“。

      回到思考题上来,对于非静态成员函数来说,它当然是对象的一部分。(只是因为存储方式上的特殊性,容易让人误解!)



回答开头问题:

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


一个对象的空间=所有成员变量的大小
如果这个对象的类有虚函数的话,还可能多一个指向虚表的指针

所有函数存放在独立于对象的存储空间内
对象调用函数时,对静态成员函数直接调用不存在问题,对成员函数需要把自己以this指针传给函数以指明以哪个对象调用

所以用未初始化的指针调用静态成员函数、或者调用未使用任何成员变量的成员函数(即未用到this指针)

从理论上都是可行的,至于具体支不支持看各个编译器吧



思考:

main函数中,如果

D d;//=NULL;
    d.printA();
    d.printB();

调用呢?

都能正常输出,d在栈上。。。


以上是关于C++中的类所占内存空间总结的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

类对象所占内存空间总结

C++内存泄漏的思考和总结

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C++类对象所占的内存空间

何时为 C++ 中的类的成员函数分配内存空间?