掀起你的盖头来——谈VC++对象模型

　　成员变量

　　介绍了类布局之后，我们接着考虑对不同的继承方式，访问成员变量的开销究竟如何。

　　没有继承。没有任何继承关系时，访问成员变量和C语言的情况完全一样：从指向对象的指针，考虑一定的偏移量即可。
 

C* pc; pc->c1; // *(pc + dCc1);

　　译者注：pc是指向C的指针。

　　· 访问C的成员变量c1，只需要在pc上加上固定的偏移量dCc1（在C中，C指针地址与其c1成员变量之间的偏移量值），再获取该指针的内容即可。

　　单继承。由于派生类实例与其基类实例之间的偏移量是常数0，所以，可以直接利用基类指针和基类成员之间的偏移量关系，如此计算得以简化。
 

D* pd; pd->c1; // *(pd + dDC + dCc1); // *(pd + dDc1); pd->d1; // *(pd + dDd1);

　　译者注：D从C单继承，pd为指向D的指针。

　　·当访问基类成员c1时，计算步骤本来应该为“pd+dDC+dCc1”，即为先计算D对象和C对象之间的偏移，再在此基础上加上C对象指针与成员变量c1之间的偏移量。然而，由于dDC恒定为0，所以直接计算C对象地址与c1之间的偏移就可以了。

　　·当访问派生类成员d1时，直接计算偏移量。

　　多重继承。虽然派生类与某个基类之间的偏移量可能不为0，然而，该偏移量总是一个常数。只要是个常数，访问成员变量，计算成员变量偏移时的计算就可以被简化。可见即使对于多重继承来说，访问成员变量开销仍然不大。
 

F* pf; pf->c1; // *(pf + dFC + dCc1); // *(pf + dFc1); pf->e1; // *(pf + dFE + dEe1); // *(pf + dFe1); pf->f1; // *(pf + dFf1);

　　译者注：F继承自C和E，pf是指向F对象的指针。

　　·访问C类成员c1时，F对象与内嵌C对象的相对偏移为0，可以直接计算F和c1的偏移；

　　·访问E类成员e1时，F对象与内嵌E对象的相对偏移是一个常数，F和e1之间的偏移计算也可以被简化；

　　·访问F自己的成员f1时，直接计算偏移量。

　　虚继承。当类有虚基类时，访问非虚基类的成员仍然是计算固定偏移量的问题。然而，访问虚基类的成员变量，开销就增大了，因为必须经过如下步骤才能获得成员变量的地址：获取“虚基类表指针”；获取虚基类表中某一表项的内容；把内容中指出的偏移量加到“虚基类表指针”的地址上。然而，事情并非永远如此。正如下面访问I对象的c1成员那样，如果不是通过指针访问，而是直接通过对象实例，则派生类的布局可以在编译期间静态获得，偏移量也可以在编译时计算，因此也就不必要根据虚基类表的表项来间接计算了。

I* pi; pi->c1; // *(pi + dIGvbptr + (*(pi+dIGvbptr))[1] + dCc1); pi->g1; // *(pi + dIG + dGg1); // *(pi + dIg1); pi->h1; // *(pi + dIH + dHh1); // *(pi + dIh1); pi->i1; // *(pi + dIi1); I i; i.c1; // *(&i + IdIC + dCc1); // *(&i + IdIc1);

　　译者注：I继承自G和H，G和H的虚基类是C，pi是指向I对象的指针。

　　·访问虚基类C的成员c1时，dIGvbptr是“在I中，I对象指针与G的“虚基类表指针”之间的偏移”，*(pi + dIGvbptr)是虚基类表的开始地址，*(pi + dIGvbptr)[1]是虚基类表的第二项的内容（在I对象中，G对象的“虚基类表指针”与虚基类之间的偏移），dCc1是C对象指针与成员变量c1之间的偏移；

　　·访问非虚基类G的成员g1时，直接计算偏移量；

　　·访问非虚基类H的成员h1时，直接计算偏移量；

　　·访问自身成员i1时，直接使用偏移量；

　　·当声明了一个对象实例，用点“.”操作符访问虚基类成员c1时，由于编译时就完全知道对象的布局情况，所以可以直接计算偏移量。

　　当访问类继承层次中，多层虚基类的成员变量时，情况又如何呢？比如，访问虚基类的虚基类的成员变量时？一些实现方式为：保存一个指向直接虚基类的指针，然后就可以从直接虚基类找到它的虚基类，逐级上推。VC++优化了这个过程。VC++在虚基类表中增加了一些额外的项，这些项保存了从派生类到其各层虚基类的偏移量。

　　强制转化

　　如果没有虚基类的问题，将一个指针强制转化为另一个类型的指针代价并不高昂。如果在要求转化的两个指针之间有“基类-派生类”关系，编译器只需要简单地在两者之间加上或者减去一个偏移量即可（并且该量还往往为0）。

F* pf; (C*)pf; // (C*)(pf ? pf + dFC : 0); // (C*)pf; (E*)pf; // (E*)(pf ? pf + dFE : 0);

　　C和E是F的基类，将F的指针pf转化为C*或E*，只需要将pf加上一个相应的偏移量。转化为C类型指针C*时，不需要计算，因为F和C之间的偏移量为0。转化为E类型指针E*时，必须在指针上加一个非0的偏移常量dFE。C++规范要求NULL指针在强制转化后依然为NULL，因此在做强制转化需要的运算之前，VC++会检查指针是否为NULL。当然，这个检查只有当指针被显示或者隐式转化为相关类型指针时才进行；当在派生类对象中调用基类的方法，从而派生类指针被在后台转化为一个基类的Const “this” 指针时，这个检查就不需要进行了，因为在此时，该指针一定不为NULL。

　　正如你猜想的，当继承关系中存在虚基类时，强制转化的开销会比较大。具体说来，和访问虚基类成员变量的开销相当。

I* pi; (G*)pi; // (G*)pi; (H*)pi; // (H*)(pi ? pi + dIH : 0); (C*)pi; // (C*)(pi ? (pi+dIGvbptr + (*(pi+dIGvbptr))[1]) : 0);

　　译者注：pi是指向I对象的指针，G,H是I的基类，C是G,H的虚基类。

　　·强制转化pi为G*时，由于G*和I*的地址相同，不需要计算；

　　·强制转化pi为H*时，只需要考虑一个常量偏移；

　　·强制转化pi为C*时，所作的计算和访问虚基类成员变量的开销相同，首先得到G的虚基类表指针，再从虚基类表的第二项中取出G到虚基类C的偏移量，最后根据pi、虚基类表偏移和虚基类C与虚基类表指针之间的偏移计算出C*。

　　一般说来，当从派生类中访问虚基类成员时，应该先强制转化派生类指针为虚基类指针，然后一直使用虚基类指针来访问虚基类成员变量。这样做，可以避免每次都要计算虚基类地址的开销。见下例。

/* before: */             ... pi->c1 ... pi->c1 ... /* faster: */ C* pc = pi; ... pc->c1 ... pc->c1 ...

　　译者注：前者一直使用派生类指针pi，故每次访问c1都有计算虚基类地址的较大开销；后者先将pi转化为虚基类指针pc，故后续调用可以省去计算虚基类地址的开销。