C++类对象在内存中的存储

事情是因为面试的时候，被问到了一些奇奇怪怪的用法，所以来研究了一下C++中类对象在内存中是怎么存储的。

malloc和new的区别

[ ] 这一块内容挺多的，有必要单独开个文章写

先记录一下malloc和new的区别：

malloc返回一个void*类型的指针，需要自己进行强转。而new根据指定类型返回指定类型的指针。
malloc需要自己指定分配内存的大小，以参数形式传入。而new不需要。
malloc是函数，而new是运算符。new可以被重载。
malloc不会调用类的构造函数，而new会调用。同理，free不会调用类的析构函数，而delete会。

奇怪的写法

当然了，个人认为这一系列的写法，都不符合标准，不管是在学习还是在生产中都应该避免使用上述写法。但是有时研究一下这些写法的结果，会让我们对C++的理解更加深刻。

首先我们定义类如下：

class CppTest
{
public:
    int val;

    CppTest(int x) : val(x) {}
    ~CppTest()
    {
        cout << "free" << endl;
    }

    void FunA()
    {
        cout << "Hello world" << endl;
    }

    void FunB()
    {
        cout << "Good night" << endl;
    }
};

int main()
{
    CppTest* p = new CppTest(2);

    p->FunA();

    delete p;

    return 0;
}

在析构函数中delete

如果我们魔改一下析构函数，改成下面这样子：

~CppTest()
{
    cout << "free" << endl;
    delete this;
}

会发生什么事？

在成员函数中delete

如果我们魔改一下FunA，改成下面这样子：

void FunA()
{
    delete this;
    cout << "Hello world" << endl;
}

会发生什么事？

如果再魔改一下，这样子：

void FunA()
{
    delete this;
    cout << "Hello world" << endl;

    FunB();
}

又会有怎么样的输出呢？

空指针能否调用函数？

如果我们修改调用方式如下：

int main()
{
    CppTest* p = nullpter;
    p->FunA();

    return 0;
}

能否成功调用？

解答

1. 当在析构函数中调用delete时，会触发循环递归，导致程序无法正常退出

首先delete会调用析构函数，故而delete p;会跳转到我们的~CppTest()，然而我们在~CppTest()中又触发delete this，就导致了又跳转回了~CppTest()，反复循环递归。

2. 在成员函数中delete，并不会中断成员函数的运行，也不会影响再调用其他成员函数

即在FunA()中，运行delete this;，程序仍然会照常输出Hello world，同时也能正常调用FunB()，输出Good night。

这个现象我们就能够猜测，对于一个类对象，该对象本身并不会存储成员函数相关的内容，所以即使delete this;，CppTest类型的指针依然可以毫无障碍的调用到FunA，FunB。

3. nullpter也可以调用到成员函数

即CppTest* p = nullpter;，p->FunA();可以输出Hello world。

基于这个现象我们基本就可以猜测，在C++中，成员函数的实现，应该就是在调用时，隐含着将自身作为参数传入。只要是CppTest类型的指针，不管有没有真正实例化一个对象，都可以调用成员函数。

再做几组测试

delete后调用val

int main()
{
    CppTest* p = new CppTest(2);
    delete p;
    cout << p->val << endl;
}

添加一个虚函数，并在delete后调用

...
    virtual void FunVirtual()
    {
        cout << "Virtual function" << endl;
    }
...

int main()
{
    CppTest* p = new CppTest(2);
    delete p;
    p->FunVirtual();
}

nullpter调用用val和虚函数

int main()
{
    CppTest* p = nullpter;
    cout << p->val << endl;
    // p->FunVirtual(); 这两行二选一执行一下
}

验证

前两个运行一下我们发现，delete了之后，仍然可以正确输出val的值，以及调用虚函数可以看到输出了Virtual function。这里我们能够猜测，delete仅仅只是标记了这块内存可以被再次使用，并没有清理这块内存的内容。

第三个我们发现运行起来会崩溃，结合之前的猜测，我们可以得知，类对象内存中包含的就是类的成员变量，同时还有虚函数表指针。

想要去验证的话自然是应该去看编译后的汇编代码，以及代码运行时的内存分配情况。

结论

类中成员函数保存在代码段中，只要是该类型的指针，就可以调用该类型的普通成员函数。实例化一个对象时，占用内存包括指向虚函数表的指针以及成员变量。
delete并不会清理内存，只是会标记该区域可再次被分配，同理new操作本身也不会清理内存。故而我们最好在构造函数中完成对各个参数的初始化。
如果类中包含虚函数，则内存最开始是一个指向虚函数表的指针。而虚函数表的存储，在不同的编译器中不太相同，微软的编译器将其放在了常量数据段，有的则在只读数据段。（从网上查阅，以后自己去确认一下看看）

最后有一段，通过分析汇编代码验证，等我修复了图床之后把图片传上来。