深度探索 C++ 對象模型（六）：資料成員佈局、存取與虛擬繼承大小計算

第三章探討資料成員綁定、佈局、存取，以及虛擬繼承下的類別大小計算，內容相對前兩章較易理解。

虛擬繼承下的類別大小

class X {};
class Y : public virtual X {};
class Z : public virtual X {};
class A : public Y, public Z {};

在某編譯器下：

• sizeof(X) == 1（空類別插入一個 char 以確保唯一地址）
• sizeof(Y) == 8、sizeof(Z) == 8
• sizeof(A) == 12（而非想像中的 16）

大小組成分析

Y/Z 為 8 bytes：

• 4 bytes：指向 virtual base class subobject 的指標
• 1 byte：同 X 的 char
• 3 bytes：alignment 填充

新式編譯器可能將空虛擬基類視為派生類開頭，省去 char 與填充，故 Y/Z 大小可能為 4。

A 為 12 bytes：

• 4 bytes (Y 的 vptr) + 4 bytes (Z 的 vptr) + 1 byte (X 的 char) + 3 bytes 填充 = 12
• 新式編譯器可能優化為 8 bytes

資料成員綁定：防禦性風格

嵌套類型聲明應放在 class 開頭，確保非直覺綁定正確性。範例：

typedef int length;
class Point3d {
public:
    void mumble(length val) { _val = val; } // length 解析為 global typedef int
    length mumble() { return _val; }
private:
    typedef float length; // 若放前面，上方引用將非法
    length _val;
};

資料成員佈局與存取

靜態成員

• 視為全域變數，類生命週期內僅一實體。
• 存取無額外空間/效率負擔，路徑直接。
• 名稱衝突由編譯器演算法解決。

非靜態成員

透過隱含的 this 指標存取。編譯器將成員函數轉換：

// 原始
Point3d Point3d::translate(const Point3d& pt) {
    x += pt.x; y += pt.y; z += pt.z;
}
// 轉換後
Point3d Point3d::translate(Point3d* const this, const Point3d& pt) {
    this->x += pt.x; this->y += pt.y; this->z += pt.z;
}

非靜態成員存取：&origin._y == &origin + (&Point3d::_y - 1)。減 1 是為區分「指向第一個成員」與「不指向任何成員」的指標。

指向資料成員的指標

class Point3d {
public:
    virtual ~Point3d();
protected:
    static Point3d origin;
    float x, y, z;
};
&Point3d::z; // 值為 8 或 12 (視 vptr 位置)，實際取值會 +1

+1 目的：區分空指標與指向第一個成員的指標。比喻：三室一廳，給共同朋友地址只給門牌號（不指向成員），給私人朋友才給房間號（需偏移量）。