在本文中，我們將繼續(xù)深入研究C ++運(yùn)行時動態(tài)調(diào)度的相關(guān)話題。 到目前為止，我們已經(jīng)驗證gdb不會Trivial類型的類和默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建虛擬表，我們在本篇將闡述非虛擬派生類它們的構(gòu)造和內(nèi)存布局，這是正確區(qū)分虛擬類和非虛擬類在內(nèi)存分配方面的差異的前提。

示例導(dǎo)入

讓我引入兩個新的類。一個基類Person和一個從Person繼承的派生類Student。請注意，兩者都使用其方法who()的相同簽名。

• 有了動態(tài)調(diào)度后，將查詢vtable并調(diào)用適當(dāng)?shù)姆椒ā?/li>
• 如果沒有動態(tài)分配，則將調(diào)用與對象的指針類型匹配的方法。 Student *m將調(diào)用Student:: who()，而Person *p將調(diào)用Person::who()。讓我們用匯編代碼驗證一下。

#include <stdio.h>

class Person {
public:
    Person() {}
    void who() {
        printf("I am a human!!\n");
    }

};

class Student: public Person{
public:
    Student() {}
    void career() {
        printf("I am a student!!\n");
    }
};

int main() {
    Student *m = new Student();
    m->who();

    Person *p = m;
    p->who();
}

我們看到who()方法已經(jīng)在編譯時已經(jīng)植入Student類的上下文，從callq 0400658 <_ZN7Student3whoEv>,這條指令表明運(yùn)行時決策是不可能的。 指針的類型在編譯時是已知的，編譯器會選擇正確的who()方法調(diào)用,同理callq 0x400626 <_ZN6Person3whoEv>,也是一條編譯時的靜態(tài)指令。下圖說明類一切：

m->Person::who()

內(nèi)存布局

為了降低問題的復(fù)雜性，我將使用此代碼的一些細(xì)微變化，去掉一些who方法：

class Person {
public:
    int age=6;
    Person() {}
};

class Student: public Person{
public:
    int idNo=1000;
    Student() {}
};

為了了解虛擬表的隱藏位置，讓我們首先檢查一下簡單繼承層次結(jié)構(gòu)的內(nèi)存布局。 讓我們向Student和Person類添加一些整數(shù)變量。 使用此特定編譯器的特定計算機(jī)上的sizeof（int）為4個字節(jié)。 但總是要記住，這個數(shù)字在不同硬件上尺寸可能不一樣。我們在gdb中使用print命令輸出代碼中相關(guān)變量的地址,如下所示。

(gdb) p &m
$2 = (Student **) 0x7fffffffe2e8
(gdb) p &p
$3 = (Person **) 0x7fffffffe2e0
(gdb) p *m
$4 = {<Person> = {age = 6}, idNo = 1000}
(gdb) p *p
$5 = {age = 6}
(gdb) p m
$6 = (Student *) 0x602010
(gdb) p p
$7 = (Person *) 0x602030
(gdb) 

我們用繪制成如下圖

某些值可以完全優(yōu)化并不需要入棧,直接并用寄存器代替。但本示例中沒有使用任何編譯的優(yōu)化選項,因此仍然使用x86的約定組織程序棧。

從上面的內(nèi)存布局中，我們可以得出幾點(diǎn)啟示：

• 基類指針p和派生指針都分別類的第一個字節(jié)。基類之后是派生類，位于更高的地址處。這個簡單示例有幫于我們找到虛擬指針。
• 派生類的內(nèi)存分配一般來說會比父類的內(nèi)存分配要大,因為派生類會從基類中繼承(拷貝)了public和protected修飾的數(shù)據(jù)成員的副本。在本例中Student對象得到了Person對象的age副本,當(dāng)你嘗試使用sizeof(*m)得到的結(jié)果是8，而Person的內(nèi)存分配尺寸則是4.

繼承鏈中的構(gòu)造順序

這其實是前面文章談?wù)摰蕉嗬^承的RAII約定，我們從反匯編的角度,加深對此過程的了解

派生類的初始化過程

1. 在當(dāng)前派生類構(gòu)造函數(shù)的上下文的按照繼承列表中的順序執(zhí)行依次初始化繼承鏈中各個父類的構(gòu)造函數(shù),本示例如下步驟。

• (1) 從main函數(shù)執(zhí)行call 0x400640指令后,進(jìn)入Student::Student()所在代碼段中的上下文執(zhí)行的一些入棧的操作(構(gòu)造函數(shù)的棧內(nèi)存分配以及狀態(tài)保存)。
• (2) 執(zhí)行call 0x44062c 即在Person類指令集所在的代碼段地址初始化,在基類構(gòu)造返回之前,匯編指令movl $0x6,(%rax),這個干了這些事:基類將數(shù)據(jù)成員-變量age=6作為返回值保存到rax寄存器中緩存的內(nèi)存地址指向的位置(該位置在前一步的Student::Student構(gòu)造函數(shù)的棧內(nèi)存分配了,即-0x8(%rbp)的位置),以便派生類Student對象的構(gòu)造函數(shù)讀取作為它的數(shù)據(jù)成員。

2. 返回派生類本身的構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行剩余的指令集。
   
   繼承的初始化過程

垃圾回收的過程 ,和繼承列表中定義的父類順序相反。

• 首先,調(diào)用函數(shù)在結(jié)束之時隱式執(zhí)行子類的解構(gòu)函數(shù)。
• 然后,依次逆序執(zhí)行子類繼承列表中父類的解構(gòu)函數(shù)。

從匯編代碼可知，在每個構(gòu)造函數(shù)的的匯編上下文,在執(zhí)行retq指令返回之前,當(dāng)前的構(gòu)造函數(shù)已經(jīng)將初始化的一些局部變量緩存到可用的寄存器中緩存的內(nèi)存地址所指向的位置了,當(dāng)然通常是rax寄存器。

小結(jié)

不對派生類的成員進(jìn)行任何更改而優(yōu)先初始化基類的構(gòu)造函數(shù)。 這對引入虛擬表時是一個非常重要的概念，因為此順序定義了什么函數(shù)在什么階段可見。