MSVC++ 對象內(nèi)存模型深入解析與具體應(yīng)用

前言：本文之所以強調(diào)MSVC, 旨在提醒讀者在不同平臺和解釋器下內(nèi)存布局和實現(xiàn)上存在差異，但編程思想通用，文中內(nèi)容大多來自筆者實際工作經(jīng)驗和網(wǎng)上搜集，力求正確，但水平有限，如有不當(dāng)之處，敬請指出

面向?qū)ο螅罕疚拿嫦蛴幸欢?/span>C/C++基礎(chǔ)，并且可以讀懂部分匯編的讀者

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目錄
1. C++基本類型與結(jié)構(gòu)體內(nèi)存布局
                Key words: class,  struct, memory alignment

2．虛表, 多態(tài)與動態(tài)綁定

                Key words: Virtual Table, polymiorphism

3．對象池

                Key words: object pool , reload, new ,delete

4．內(nèi)存泄漏檢測

                Key words: memory leak detect

5．智能指針

                Key words: smart pointer

6.   編譯期類型約束
   
                Key words: compile-time ,type-constraint


 Appendix 1: C++堆棧祥解

第一篇：C++基本類型與結(jié)構(gòu)體內(nèi)存布局

 Reference: http://cnblogs.com/itech
Key words: class,  struct, memory alignment

1. 基本類型（basic type）

 1//test the size of class and struct
 2void TestBasicSizeOf() 
 3{ 
 4    cout << __FUNCTION__ << endl; 
 5    cout << "  sizeof(char)= " << sizeof ( char ) << endl; 
 6    cout << "  sizeof(int)= " << sizeof ( int ) << endl; 
 7    cout << "  sizeof(float)= " << sizeof ( float ) << endl; 
 8    cout << "  sizeof(double)= " << sizeof ( double ) << endl; 
 9
10    cout << "  sizeof('$')=" << sizeof ( '$' ) << endl; 
11    cout << "  sizeof(1)= " << sizeof ( 1 ) << endl; 
12    cout << "  sizeof(1.5f)= " << sizeof ( 1.5f ) << endl; 
13    cout << "  sizeof(1.5)= " << sizeof ( 1.5 ) << endl; 
14
15    cout << "  sizeof(Good!)= " << sizeof ( "Good!" ) << endl ; 
16
17    char  str[] = "CharArray!"; 
18    int  a[10];  
19    double  xy[10]; 
20    cout << "  char str[] = \"CharArray!\"," << " sizeof(str)= " << sizeof (str) << endl; 
21    cout << "  int a[10]," << " sizeof(a)= " << sizeof (a) << endl; 
22    cout << "  double xy[10]," << " sizeof(xy)= " <<   sizeof (xy) << endl; 
23
24    cout << "  sizeof(void*)= " << sizeof(void*) << endl; 
25}

輸出結(jié)果：

2. 結(jié)構(gòu)體與類

這里的代碼是結(jié)構(gòu)體，但是結(jié)構(gòu)體和類在C++中是通用的，唯一的區(qū)別就是默認(rèn)的訪問方式，struct-public, class-private

 1struct st1
 2{
 3    short number;
 4    float math_grade;
 5    float Chinese_grade;
 6    float sum_grade;
 7    char  level;
 8}; //20
 9
10struct st2
11{
12    char  level;
13    short number;
14    float math_grade;
15    float Chinese_grade;
16    float sum_grade;
17};//16
18
19#pragma pack(1)
20struct st3
21{
22    char  level;
23    short number;
24    float math_grade;
25    float Chinese_grade;
26    float sum_grade;
27}; //15
28#pragma pack() 
29
30void TestStructSizeOf()
31{
32    cout << __FUNCTION__ << endl;
33
34    cout << "  sizeof(st1)= " << sizeof (st1) << endl;
35    cout << "  offsetof(st1,number) " << offsetof(st1,number) << endl;
36    cout << "  offsetof(st1,math_grade) " << offsetof(st1,math_grade) << endl;
37    cout << "  offsetof(st1,Chinese_grade) " << offsetof(st1,Chinese_grade) << endl;
38    cout << "  offsetof(st1,sum_grade) " << offsetof(st1,sum_grade) << endl;
39    cout << "  offsetof(st1,level) " << offsetof(st1,level) << endl;
40
41    cout << "  sizeof(st2)= " << sizeof (st2) << endl;
42    cout << "  offsetof(st2,level) " << offsetof(st2,level) << endl;
43    cout << "  offsetof(st2,number) " << offsetof(st2,number) << endl;
44    cout << "  offsetof(st2,math_grade) " << offsetof(st2,math_grade) << endl;
45    cout << "  offsetof(st2,Chinese_grade) " << offsetof(st2,Chinese_grade) << endl;
46    cout << "  offsetof(st2,sum_grade) " << offsetof(st2,sum_grade) << endl;
47
48
49    cout << "  sizeof(st3)= " << sizeof (st3) << endl;
50    cout << "  offsetof(st3,level) " << offsetof(st3,level) << endl;
51    cout << "  offsetof(st3,number) " << offsetof(st3,number) << endl;
52    cout << "  offsetof(st3,math_grade) " << offsetof(st3,math_grade) << endl;
53    cout << "  offsetof(st3,Chinese_grade) " << offsetof(st3,Chinese_grade) << endl;
54    cout << "  offsetof(st3,sum_grade) " << offsetof(st3,sum_grade) << endl;
55}

輸出結(jié)果：

3.內(nèi)存對齊

仔細(xì)查看上面的輸出結(jié)果，會發(fā)現(xiàn)同樣的結(jié)構(gòu)體定義僅僅是成員順序不同， 就會造成結(jié)構(gòu)體大小的變化，這就是內(nèi)存對齊的結(jié)果，在計算機的底層進(jìn)行內(nèi)存的讀寫的時候，如果內(nèi)存對齊的話可以提高讀寫效率，下面是VC的默認(rèn)的內(nèi)存對齊規(guī)則：

1) 結(jié)構(gòu)體變量的首地址能夠被其最寬基本類型成員的大小所整除；
2) 結(jié)構(gòu)體每個成員相對于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量（offset）都是成員大小的整數(shù)倍， 如有需要編譯器會在成員之間加上填充字節(jié)（internal adding）；
3) 結(jié)構(gòu)體的總大小為結(jié)構(gòu)體最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會在最末一個成員之后加上填充字節(jié)（trailing padding）。

當(dāng)然VC提供了工程選項/Zp [1|2|4|8|16]可以修改對齊方式，當(dāng)然我們也可以在代碼中對部分類型實行特殊的內(nèi)存對齊方式，修改方式為#pragma pack( n )，n為字節(jié)對齊
數(shù)，其取值為1、2、4、8、16，默認(rèn)是8，取消修改用#pragma pack(),如果結(jié)構(gòu)體某成員的sizeof大于你設(shè)置的，則按你的設(shè)置來對齊。

本章結(jié)束