深度探索 C++ 對象模型：記憶體佈局與虛擬機制基礎（上）

C++ 物件模型核心架構

在 Stroustrup 設計的 C++ 物件模型中：

• Nonstatic data members：配置於每個 class object 內部。
• Static data members：儲存於所有 class object 之外（全域區）。
• Static / Nonstatic function members：同樣置於 object 之外。
• Virtual functions：透過兩階段機制支援：
  1. 每個類別產生一張虛擬函數表，存放虛擬函數位址。
  2. 每個 class object 內嵌一個 vptr，指向對應的 vtable。vptr 的設定/重置由建構子、解構子、複製指派運算子自動完成。

型別資訊物件 通常置於 vtable 第一個槽位，支援 RTTI。

虛擬繼承

指定繼承為 virtual 表示共享基類子物件。無論在繼承鏈中被派生多少次，虛擬基類永遠只存在一個實體。例如 iostream 僅包含一個 ios 子物件。

指標型別與物件切割

指標型別的意義

指標型別教導編譯器如何解讀記憶體內容與大小。以 32 位元機為例：

• int* 存取 4 bytes。
• ZooAnimal* 涵蓋 vptr (4) + int loc (4) + String name (8) = 16 bytes。

派生類別指標與基類指標雖指向同一起始位址，但涵蓋範圍不同。基類指標僅能存取基類子物件成員，除非透過虛擬機制。

物件切割與編譯器仲裁

Bear b;
ZooAnimal za = b; // 切割發生
za.rotate();      // 呼叫 ZooAnimal::rotate()

切割導致 za 純粹為 ZooAnimal，其 vptr 指向 ZooAnimal 的虛擬表。編譯器在初始化與指派操作中仲裁，確保含有 vptr 的物件不會被基類操作改寫 vptr。

面向對象 vs. 基於對象

基於對象（OB）提供封裝但無多態與型別擴充。優點：函數呼叫編譯期解析、無 vptr 開銷，速度較快、空間較緊湊。缺點：彈性較低。