C++ 對象內存佈局探秘：從基礎類到多重繼承

實驗環境與前提

為清晰觀察內存佈局，編譯器結構成員對齊設置為 1 字節（默認通常為 8 字節）。Debug 模式下未初始化內存填充 0xCC，Release 模式可能為隨機值或 0。

基礎類對象佈局

空類

struct c000 {}; 大小為 1 字節（佔位符），確保不同對象擁有唯一地址。

含數據成員的類

struct c010 { c010() : c_(0x01) {} char c_; }; // 大小 1，內存值 01
struct c011 { c011() : c1_(0x02), c2_(0x03) {} char c1_, c2_; }; // 大小 2，內存值 02 03

對象內存按聲明順序連續存儲數據成員，構造函數負責初始化。

靜態成員與成員函數不佔用對象空間

struct c012 {
    static int sfoo() { return 1; }
    int foo() { return 1; }
    char c_;
    static int i_;
};
int c012::i_ = 1;

c012 大小仍為 1 字節（僅 c_），0xCC 表示未初始化。結論： 普通成員函數、靜態成員函數、靜態數據成員均不出現在對象內存中。成員函數通過編譯器靜態綁定（傳遞 this 指針），靜態成員類似全局變量但帶類作用域。

普通繼承佈局

單繼承

struct c014 : private c011 {}; // 大小 2，內容 02 03

子類對象包含父類所有數據成員，繼承方式（public/private/protected）只影響「能見度」，不影響內存佈局。父類成員由父類構造函數初始化。

多重繼承

struct c015 : public c010, private c011 {}; // 大小 3，內容 01 02 03

按聲明順序依次排列基類子對象：最左基類（c010）在前，後續基類緊接其後。

多層繼承

struct c016 : c015 { c016() : i_(1) {} int i_; }; // 大小 7 (3+4)，內容 01 02 03 01 00 00 00

頂層基類在最前，遞歸展開，最後是派生類自身新增成員。

核心規律總結

• 對象 = 所有基類數據成員（按繼承圖深度優先、從左到右順序）+ 派生類自身數據成員。
• 虛函數、虛繼承會引入 vptr/vbptr，改變佈局（本文未涉及）。
• 空基類優化（EBO）可能使空基類不佔用空間（需編譯器支持）。