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在C++中霞幅，結(jié)構(gòu)體和類它們都是有構(gòu)造函數(shù)娩脾、析構(gòu)函數(shù)和成員函數(shù)的赵誓，他們兩者的根本區(qū)別就是：結(jié)構(gòu)體中訪問控制默認(rèn)是public的，而類中默認(rèn)的訪問控制是private的。對于C++中的結(jié)構(gòu)體而言俩功，public幻枉、protected、private的訪問都是在編譯期進(jìn)行檢查的绑雄，當(dāng)越權(quán)訪問的時候展辞，編譯過程中會給出此類的錯誤并給與提示，在編譯成功后万牺，程序在執(zhí)行的過程中不會有任何的檢查和限制罗珍，這一點你可以通過類的指針偏移做一下測試。因此在反匯編中脚粟，C++中的結(jié)構(gòu)體與類沒有分別覆旱，兩者的原理是相同的，只是類型名稱不同核无。
說一下對象內(nèi)存的布局
對于類和對象的關(guān)系想必你已經(jīng)很了解了扣唱，類是一個抽象的概念，對象是一個實例化的具體存在的团南。這里我們以一個簡單的類噪沙，談一下類與對象的關(guān)系:
#include <iostream>
using namespace std;
class CNumber{
public:
CNumber(){
m_One = 1;
m_Two = 2;
}
int GetNumberOne(){
return m_One;
}
int GetNumberTwo(){
return m_Two;
}
private:
int m_One;
int m_Two;
};
int main()
{
CNumber num;
cout << num.GetNumberOne() << endl;
//嘗試著用指針訪問
cout << *(int*)(void*) &num << endl;
cout << *((int*)(void*)&num + 1) << endl;
return 0;
}
我們知道類的私有成員是不能被直接訪問到的，但是我們在程序運行后通過指針的偏移還是依然可以讀取內(nèi)存的數(shù)據(jù),就像結(jié)構(gòu)體一樣吐根，如圖所示我們的運行結(jié)果:
可以發(fā)現(xiàn)正歼，將對象的指針強制轉(zhuǎn)換成我們需要的數(shù)據(jù)類型，然后通過指針在內(nèi)存中的偏移可以訪問到對象的私有成員!這也就說明了C++中類保護(hù)屬性是編譯的時候進(jìn)行檢測的!
C++中類的成員變量和結(jié)構(gòu)體一樣拷橘，也是按照順序依次放到內(nèi)存中的局义，先定義的數(shù)據(jù)成員放到地地址，后定義的數(shù)據(jù)成員放到高地址處冗疮，但是對象的大小只包含數(shù)據(jù)成員萄唇，類的成員函數(shù)屬于執(zhí)行代碼，不屬于類對象的數(shù)據(jù)术幔。
你可以通過sizeof獲取到CNumber對象的大小另萤，它們的大小都是8Byte，這8Byte字節(jié)是由類中的兩個數(shù)據(jù)成員主城特愿，它們都是int類型仲墨，格子的長度都為4Byte。從內(nèi)存的布局上來看揍障，類與一個數(shù)組非常相似目养，都是由多個數(shù)據(jù)成員組成，但是類的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過數(shù)組毒嫡。類的成員變量類型定義非常廣泛癌蚁，除了本身對象之外幻梯，任何已知的數(shù)據(jù)類型都可以在內(nèi)種作為成員變量進(jìn)行定義。
為什么在類中不能定義自身的對象呢努释？因為類需要在申請內(nèi)存的過程中計算出自身的實際大小碘梢，用于實例化對象。如果你在類中定義了自身的對象變量伐蒂，那么在計算類中各個數(shù)據(jù)成員長度時煞躬，又會因為回到自身導(dǎo)致無限遞歸下去，而這個遞歸沒有出口逸邦，所以不能在類中定義自身的對象成員變量恩沛。但是指針是可以的，因為指針的長度是確定的缕减，也就是相當(dāng)于一個常量值雷客，因此定義自身的指針是不會影響到類本身大小的計算的。根據(jù)上面所說的東西桥狡，我們是否可以定義一個公式用于描述類的對象長度呢搅裙？也許你會認(rèn)為下面的公式可以用于計算對象的長度:
? 對象長度= sizeof(成員1) + …+szieof(成員2)+…+sizeof(成員n)
這里我明確的告訴你，這個公式是錯誤的裹芝，對象大小的計算遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有那么簡單部逮，即是我們拋開虛函數(shù)和繼承的原因，仍然有三種情況能夠推翻此公式：
空類
內(nèi)存對齊問題
靜態(tài)數(shù)據(jù)成員
當(dāng)出現(xiàn)上面的情況時嫂易，類的對象長度的計算就需要小心了：
空類: 就是說類內(nèi)部沒有任何數(shù)據(jù)成員甥啄，但是實際上類對象的長度可是為1字節(jié)
內(nèi)存對齊: 在VC++6.0中，類和結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)成員是根據(jù)它們在類或者結(jié)構(gòu)體中出現(xiàn)的順序來依次申請內(nèi)存的炬搭，但是由于內(nèi)存對齊的原因，它們并不會一定像數(shù)組那樣內(nèi)存是連續(xù)排列的穆桂，由于數(shù)據(jù)類型不同宫盔，因此占用的內(nèi)存空間大小也會不同，在申請內(nèi)存的時候會按照一定的規(guī)則.
我們以一個結(jié)構(gòu)體為例子來看看這個結(jié)構(gòu)體中成員變量地址的排列:
struct TagTest{
char a;
int b;
};
如圖所示享完，可以看到a ,b的地址相差為4字節(jié)灼芭，這也就是說a,b這兩個變量是沒有連續(xù)的分配在內(nèi)存中的，這中現(xiàn)象就是內(nèi)存地址對齊導(dǎo)致的.
在為結(jié)構(gòu)體和類中的數(shù)據(jù)成員分配內(nèi)存的時候般又，結(jié)構(gòu)體中的當(dāng)前數(shù)據(jù)成員類型長度為M彼绷，指定對齊值為N(編譯器指定的，例如為8Byte)茴迁，那么實際上的對齊值q = Min(M,N)寄悯，也就是說這個數(shù)據(jù)成員所在的地址必須為q的倍數(shù)，所以在上面的結(jié)構(gòu)體中堕义，數(shù)據(jù)成員b猜旬，它的對齊值為q=Min(4,8) 也就是4，所以b的地址必須為4的倍數(shù)，雖然前面的數(shù)據(jù)成員的地址a為18086720洒擦，b只是占用了1個字節(jié)椿争，但是b的地址需要為4的倍數(shù)，那么就需要在數(shù)據(jù)成員a后面偏移3個字節(jié)的位置放置b熟嫩，如圖所示的a和b的內(nèi)存分布：
下面我們來分析一下a,b的地址分配過程：
首先, 開始分配a的地址秦踪，a為一個char類型，它的對齊值M=1掸茅，在VC++6.0中編譯器的默認(rèn)對齊值為8椅邓，那么q = Min(1,8),也就是q=1，地址需要是1的倍數(shù)倦蚪，所以直接分配地址就行了希坚。例如分配了地址為18086720(十進(jìn)制)
其次,開始分配b的地址，b是一個int類型對齊值為4Byte陵且，那么q = Min(4,8)裁僧，也就是q = 4，它所在的地址需要是4的倍數(shù)慕购，如果此時我們直接將b分配在a的后面聊疲，那么b的地址將會是18086721，不滿足對齊的地址沪悲，所以需要往后偏移3個字節(jié)获洲，對應(yīng)的地址就是18086724，這個地址滿足對齊值4殿如，所以系統(tǒng)給b分配的地址為18086724贡珊，分配完畢。
通過上面的分配我們可以看到涉馁，這個結(jié)構(gòu)體一共占用了8Byte门岔，而不是我們認(rèn)為的5字節(jié)。另外值得說的是a后面的那3個字節(jié)里面可不是填充的0x00烤送，一般系統(tǒng)都會填充0xCC寒随。
看完上面的東西，有些童鞋肯定感覺到了一個問題：“結(jié)構(gòu)體本身也是一種數(shù)據(jù)類型帮坚，既然是數(shù)據(jù)類型妻往，就像int一樣，結(jié)構(gòu)體本身也是有對齊的吧“.
答案是肯定的试和，數(shù)據(jù)類型都是有對齊值的讯泣，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身也是一種類型，與int基本類型無差別灰署，當(dāng)然也存在對齊值的問題,下面我給出一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
struct STest{
double da; // 8字節(jié)大小
int ib; // 4字節(jié)大小
short sc; // 2字節(jié)大小
};
這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)STest的大小是16而不是14判帮，為什么局嘁？
這是因為結(jié)構(gòu)體本身也是一種數(shù)據(jù)類型，當(dāng)然它也有對應(yīng)的字節(jié)對齊處理晦墙，這里我們將會討論一下對齊值對結(jié)構(gòu)體整體大小的影響悦昵，如果按照VC++6.0默認(rèn)的8字節(jié)對齊，那么對于一個結(jié)構(gòu)體來說它的對齊值依然滿足公式q=Min(M,N)（VC++6.0中N=8）晌畅，但是需要注意的是這里的M應(yīng)該是結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)成員類型的最大值但指，就像結(jié)構(gòu)體STest，它的對齊值按照最大的數(shù)據(jù)成員double da抗楔，對齊值也就是 8Byte棋凳，這樣一來可以計算出結(jié)構(gòu)體STest的對齊值為8,所以編譯器在STest的最后一個成員short sc后面有增加了2個字節(jié)用于填充結(jié)構(gòu)體，使得整體大小為16字節(jié)连躏，這樣就滿足了對齊的要求剩岳。
通過上面的介紹可以看出，結(jié)構(gòu)體的對齊值是根據(jù)結(jié)構(gòu)體內(nèi)部最大的成員長度動態(tài)調(diào)整的入热，可不是固定的8字節(jié)拍棕，也可以是4字節(jié)。
在C++中勺良，雖然存在默認(rèn)的對齊值绰播，但是這個默認(rèn)值也是可以修改的，我們可以使用預(yù)編譯指令 #pragma pack(N)來指定對齊大小尚困，例如我們下面的代碼蠢箩，將對齊值設(shè)置為1字節(jié):
#pragma pack(1)
struct STest{
double da; // 8字節(jié)大小
int ib; // 4字節(jié)大小
short sc; // 2字節(jié)大小
};
運行結(jié)果如下圖所示，這里的sizeof計算出的結(jié)構(gòu)就是 14字節(jié)了：
經(jīng)過預(yù)編譯指令后事甜，將對齊值調(diào)整為1字節(jié)谬泌，根據(jù)對齊規(guī)則，q=Min(4,1)得出對齊值為1字節(jié)逻谦，既然是1字節(jié)呵萨，辣么就不用想了，直接就是14字節(jié)的大小了跨跨。
但是要注意的是，你使用#pragma pack(N)設(shè)置的對齊值可不一定會生效的囱皿，這是因為q=Min(M,N)勇婴，要知道你的N要是太大的話~~q最終還是等于M的，就像你設(shè)置對齊值為128嘱腥，根本沒啥用嘛= =耕渴，對齊值的計算流程總的來說：將設(shè)定的對齊值與結(jié)構(gòu)體中最大的基本類型數(shù)據(jù)成員的長度進(jìn)行比較，取兩者之間的較小者齿兔。
當(dāng)結(jié)構(gòu)體中以數(shù)組作為成員的時候橱脸，將會根據(jù)數(shù)組 元素類型 的長度計算對齊值础米，而不是按照數(shù)組的整體大小去計算。
結(jié)構(gòu)體含有數(shù)組類型的對齊
當(dāng)結(jié)構(gòu)體中以數(shù)組作為成員的時候添诉，將會根據(jù) 數(shù)組元素 的長度計算對齊值屁桑，而不是根據(jù)數(shù)組的整體長度來計算，例如下面的代碼:
Struct{
Char cChar; // 占用一個字節(jié)內(nèi)存
Char cArray[4]; // 占用多少字節(jié)內(nèi)存呢栏赴？
Short sShort; // 應(yīng)該占用2字節(jié)內(nèi)存
}
按照對齊的規(guī)定蘑斧，cChar與cArry它們都是char類型的數(shù)據(jù)，內(nèi)存對齊沒有縫隙须眷，不需要插入空白的數(shù)據(jù)竖瘾。但是當(dāng)cArray與sShort對齊的時候，cChar與cArray已經(jīng)在內(nèi)存中占用了5個字節(jié)花颗，此時按照結(jié)構(gòu)體中當(dāng)前的數(shù)據(jù)類型short進(jìn)行對齊的時候捕传，就需要在cArray后面在插入一個字節(jié)就OK了，其結(jié)構(gòu)如下圖所示:
結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的數(shù)據(jù)成員已經(jīng)對齊了扩劝，下面就是處理結(jié)構(gòu)體本身的對齊值問題了庸论。根據(jù)結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)成元類型得到，最大的數(shù)據(jù)成員sShort占2個字節(jié)今野，其余成員都是1字節(jié)的大小葡公，在默認(rèn)的情況下，對齊值為8条霜，根據(jù)公式q = Min(M,N) 計算得出該結(jié)構(gòu)體的對齊值為2催什，而此時結(jié)構(gòu)體的總大小為8字節(jié)，也就是說無需填入數(shù)據(jù)即可滿足對齊要求.
當(dāng)結(jié)構(gòu)體中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)體類型的數(shù)據(jù)成員的時候宰睡，不會將嵌套的結(jié)構(gòu)體類型的整體長度參與到對齊值的計算中蒲凶，而是以嵌套定義的結(jié)構(gòu)體所使用的對齊值進(jìn)行對齊計算，如下面的代碼所示：
struct tagOne
{
char cChar; // 占用1字節(jié)
char cArray[4]; // 占用5字節(jié)
short sShort; // 占用2字節(jié)
};
struct tagTwo
{
int nInt; // 占用4字節(jié)
tagOne one; // 占用8字節(jié)
};
在上面的結(jié)構(gòu)體中拆内，雖然tagOne占用了8字節(jié)大小旋圆，但是由于其對齊值為2，所以在計算tagTwo的對齊值的時候參數(shù)one的對齊值是2麸恍，所以根據(jù)對齊計算的公式q=Min(M,N)得出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)tagTwo的對齊值為4灵巧，占用了12個字節(jié)！而不是以8對齊占用16字節(jié)抹沪。
靜態(tài)數(shù)據(jù)成員
當(dāng)類中的數(shù)據(jù)成員被修飾為靜態(tài)成員的時候刻肄，對象的計算方法又會發(fā)生變化。因為雖然靜態(tài)數(shù)據(jù)成員是在類內(nèi)部進(jìn)行定義融欧，但是它與靜態(tài)局部變量是類似的敏弃，存放的位置和全局變量一致。只是編譯器增加了作用域的檢查噪馏，在作用域外不可見麦到，同類對象將共享有靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的空間.
