第1章
概述

C++是一种多范式编程语言，该语言的核心之一是对象。在C++中，对象具有如下属性。

● 大小（由sizeof获得该属性）。

● 对齐限制（由alignof获得该属性）。

● 存储期（分为automatic、static、dynamic、thread-local）。

● 生命周期。

● 类型。

● 值。

● 名称（可选）。

“C++对象模型”是C++语言中一个非常重要的概念，它定义了内存中对象的布局和访问方式，包括虚函数、多继承、模板等特性的实现方式，对于理解C++程序的底层实现和进行高效的C++编程有着非常重要的意义。因此，每一个C++程序员都有必要了解C++对象模型的相关知识。

C++对象模型的一个关键特征是虚函数。一个类的虚函数成员是指以virtual开头声明的函数，例如在类Q中声明一个print虚函数：

class Q {
public:
  virtual ~Q() = default;
  virtual void print();
};

C++中多态的实现需要保证一个类继承了另一个声明有虚函数的类，并且继承类型为public，例如类Z继承自类Q：

class Z : public Q {
public:
  void print() override;
};

对于拥有虚函数的类而言，对象模型需要考虑的问题包括虚函数存放的位置、以何种方式存放、如何调用相应的虚函数等。同时，C++对象模型还需要考虑虚函数在多态场景下的实现。

根据“C++之父”本贾尼·斯特劳斯特卢普（Bjarne Stroustrup）的《C++语言的设计和演化》一书，在实现C++多态时，编译器会将对象中的虚函数的地址搜集起来并放到一个表格中，然后在对象中增加一个成员vptr来指向这个拥有虚函数地址的表格；对于类的其他成员函数（包括静态成员函数和非静态成员函数），编译器将其放置在对象内存（即栈或堆中为了存放该对象而分配的内存）之外的某处，一般为进程的代码区；对于定义在类中的非静态数据成员，编译器将其放置在对象内存之中；对于静态数据成员，编译器将其放置在对象内存之外的某处，一般为进程的数据区。例如，更改类Q的定义如下：

class Q {
public:
  virtual ~Q() = default;
  virtual void print();
  void print(int);
  static void need(int);
private:
  static int a_;
  int b_;
};

按照本贾尼所设想的内存模型规则，类Q的对象的内存布局如图1-1所示。

图1-1

为了实现多态，C++又引进了运行时类型识别（Run Time Type Identification，RTTI），此时若类Z公共继承自类Q，则类Z的对象的内存布局如图1-2所示。

图1-2

随着不同编译器的出现，相应的C++对象模型的实现也有所变化，但总体上均是基于本贾尼设计的方案进行变动。

本书主要研究的是GCC/Clang编译器针对C++对象模型的实现。在GCC和Clang编译器中，C++对象模型均是基于Itanium C++ ABI实现的，因此GCC中的C++对象模型的实现均可应用于Clang编译器。本书将围绕GCC展开，讲解其C++对象模型的实现。

第1章 概述

第1章
概述